Нейтронные звезды: загадочные объекты Вселенной

Как возникают

Обычные нейтронные звезды поддерживают свою сферическую форму благодаря большой гравитации их гигантских масс, которая притягивает газ (из которого состоят звезды) к центру, и энергии ядерного синтеза в их ядрах, оказывающей противоположное действие. Так и соблюдается баланс.

К концу своей жизни звезды, масса которых в четыре-восемь раз превышает массу Солнца, успевают израсходовать запас своего “топлива” для внутренних термоядерных реакций. Соответственно, реакции синтеза прекращаются, и баланс, удерживающий форму звезды, исчезает.

Внешние слои звезды быстро втягиваются внутрь, затем их отталкивает тяжелое ядро звезды, после чего они просто взрываются в качестве мощной сверхновой.

Но плотное ядро продолжает разрушаться, создавая настолько сильное давление, что протоны и электроны сжимаются вместе, образуя нейтроны и нейтрино (сверхлегкие частицы, относятся к классу лептонов, не имеют заряда). Нейтрино отделяются и улетают в космос.

Результатом всего этого является звезда, чья масса на 90 процентов состоит из нейтронов, которые невозможно сжать еще сильнее, поэтому нейтронная звезда дальше не распадается.

История и основные черты

Астрономы впервые выдвинули теорию о существовании этих удивительных звездных сущностей в 30-е годы 20-го века, вскоре после открытия нейтрона. Однако исчерпывающие доказательства существования нейтронных звезд появились лишь в 1967 году.

Аспирантка Джоселин Белл в английском Кембриджском университете заметила странные импульсы в своем радиотелескопе, которые появлялись так регулярно, что сначала она решила, что это сигналы инопланетян.

Далее выяснилось, что импульсы — это радиация, испускаемая быстро вращающимися нейтронными звездами.

Сверхновая, которая дает жизнь нейтронной звезде, передает этой сжатой сущности огромное количество энергии. Из-за этого нейтронная звезда быстро вращается вокруг своей оси. Причем разброс значений довольно велик: от 0,1 раза в секунду и до 700 раз в секунду.

Физические характеристики нейтронных звезд невообразимы в нашем мире, например, одна чайная ложка материи, из которой состоит этот объект Вселенной, весила бы более миллиарда тонн. А гравитация на поверхности такой звезды больше земной в два миллиарда раз.

Магнитное поле стандартной нейтронной звезды должно быть сильнее земного в триллионы раз, а отдельные представители этих космических тел имеют просто экстремальное магнитное поле — в тысячу раз сильнее в сравнении с обычной нейтронной звездой. Такие выдающиеся объекты в ряду нейтронных звезд называются магнитарами.

Классификация

Основными характеристиками нейтронных звезд для их классификации по В. М. Липунову служат скорость их вращения и величина магнитного поля.

Пропеллер

Небольшая скорость вращения и довольно сильное магнитное поле. Еще плохо изучены.

Рентгеновский пульсар

Низкая скорость вращения и сильное магнитное поле.

Исследования

Исследователи рассматривали возможность использования стабильных, похожих на часы импульсов нейтронных звезд в навигации для будущих космических кораблей по аналогии с навигацией GPS на Земле.

Эксперимент SEXTANT на Международной космической станции показал, что, используя сигналы пульсаров, можно рассчитать местоположение МКС в космосе с точностью до 16 километров.

Однако большая трудность состоит в том, что в нейтронных звездах остается еще много непонятного и неисследованного. Открытия в этой сфере происходят буквально у нас на глазах.

Например, в 2019 году астрономы обнаружили самую большую нейтронную звезду из когда-либо виденных, чья масса примерно в 2,14 раза больше массы нашего Солнца и при этом компактно сжата в сферу не более 20 километров в диаметре.

Исследователи в настоящее время получают новые инструменты для более полного изучения нейтронных звезд. Используя лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию (LIGO), физики наблюдают гравитационные волны, которые испускают две нейтронные звезды, когда вращаются одна вокруг другой, а затем сталкиваются.

Эти мощные столкновения могут быть причинами появления многих ценных металлов на Земле, включая платину и золото, а также радиоактивных элементов (урана).

Интересные факты

Энергия нейтрино

В первые несколько секунд превращения обычной звезды в нейтронную высвобождаемая энергия, формирующая нейтрино, равна суммарному количеству света, излучаемого всеми звездами в наблюдаемой Вселенной.

Нейтронные звезды образуются при взрывах сверхновых, которые представляют собой гигантские залежи нейтрино. Сверхновая излучает в 10 раз больше нейтрино, чем Солнце излучает протонов, нейтронов и электронов.

Обычная материя содержит примерно равное количество протонов и нейтронов. В нейтронной звезде большая часть протонов превращается в нейтроны. Когда это происходит, протоны испускают нейтрино.

Если бы на нейтронных звездах была жизнь, она проходила бы в двух измерениях

Как упоминалось выше, нейтронные звезды обладают сильнейшими гравитационным и магнитным полями во Вселенной. Несмотря на это, они удивительным образом сохраняют подобие внутренней структуры: кору, океаны и атмосферу.

По словам профессора Университета Индианы Чака Хоровитца, нейтронные звезды обладают массой звезды, в то время как их другие характеристики больше соответствуют планетам.

При этом атмосфера той же Земли простирается на сотни километров в небо, а атмосфера нейтронной звезды из-за сильнейшей гравитации будет отстоять от поверхности не более чем на 30,5 сантиметров, таким образом о трехмерном пространстве говорить не приходится.

Может ли нанести ущерб Земле?

Нейтронные звезды опасны из-за своих мощнейших полей. Если нейтронная звезда войдет в Солнечную систему, то может вызвать хаос, сбив орбиты планет. А если она пройдет достаточно близко к Земле, то вызовет настолько сильные приливы, что они разорвут планету на части.

Часто задаваемые вопросы

Видео-обзор научных фактов