След раждането на Вселената, повече от десет милиарда години, през които се случва звездната еволюция, настъпват промени в състава на космическото пространство. Някои космически обекти изчезват, а други се появяват на тяхно място. Този процес се случва непрекъснато, но поради огромните времеви интервали, ние можем да наблюдаваме само един кадър от колосалната и завладяваща мултисесия.
Ние виждаме Вселената в цялата му слава, наблюдавайки живота на звездите, етапите на еволюцията и агонията на смъртта. Смъртта на една звезда винаги е велико и живо събитие. Колкото по-голяма и по-масивна е звездата, толкова по-голям е катаклизмът.
Неутронната звезда е ярък пример за такава еволюция, жив паметник на бившата звездна сила. Това е целият парадокс. На мястото на масивна звезда, чиито размери и маса са десетки и стотици пъти по-високи от тези на нашето Слънце, се появява мъничко небесно тяло с диаметър от няколко десетки километра. Такава трансформация не се случва в един момент. Образуването на неутронни звезди е резултат от дълъг еволюционен път на развитие на космическо чудовище, простиращо се в пространството и във времето.
Физика на неутронна звезда
Такива обекти са малко във Вселената, както изглежда на пръв поглед. По правило една неутронна звезда може да бъде една на хиляда звезди. Тайната на такъв малък брой се крие в уникалността на еволюционните процеси, предшестващи раждането на неутронни звезди. Всички звезди живеят по различен начин. Финалът на звездната драма също изглежда различен. Мащабът на действието се определя от масата на звездата. Колкото по-голяма е масата на космическото тяло, толкова по-масивна е звездата, толкова по-голяма е вероятността смъртта му да бъде бърза и ярка.
Постоянно нарастващите гравитационни сили водят до превръщане на звездната материя в топлинна енергия. Този процес несъзнателно е придружен от колосално освобождаване - експлозията на суперновата. Резултатът от такъв катаклизъм е нов космически обект - неутронна звезда.
Казано по-просто, звездна материя престава да бъде гориво, термоядрените реакции губят своята интензивност и не могат да поддържат необходимите температури в дълбините на масивно тяло. Срутването става излизане от създаденото състояние - срутването на звездния газ в централната част на звездата.
Всичко това води до мигновено освобождаване на енергия, разсейвайки външните слоеве на звездна материя във всички посоки. На мястото на звезда се появява разширяваща се мъглявина. Такава трансформация може да се случи с всяка звезда, но резултатите от срива могат да бъдат различни.
Ако масата на космическия обект е малка, например, имаме работа с жълто джудже, подобно на Слънцето, бяло джудже остава на мястото на светкавицата. В случай, че масата на космическото чудовище надвиши слънчевата маса десетки пъти, в резултат на срутването наблюдаваме експлозия на супернова. На мястото на предишното звездно величие се формира неутронна звезда. Свръхмасивните звезди, чиято маса е стотици пъти по-голяма от масата на Слънцето, завършват своя жизнен цикъл, неутронната звезда е междинен етап. Продължаването на гравитационната компресия води до това, че животът на неутронна звезда завършва с появата на черна дупка.
В резултат на срутването на звездата остава само ядрото, което продължава да се свива. В тази връзка характерна черта на неутронните звезди са висока плътност и огромна маса с оскъдни размери. Така масата на неутронна звезда с диаметър от 20 км. 1,5-3 пъти по-голяма от нашата звезда. Настъпва уплътняването или неутронирането на електрони и протони в неутрони. Съответно, с намаляване на обема и размера, плътността и масата на звездната материя бързо нарастват.
Състав на неутронните звезди
Няма точна информация за състава на неутронните звезди. Днес астрофизиците използват работния модел, предложен от ядрени физици за изучаване на такива обекти.
Вероятно звездната субстанция се трансформира в неутронна, свръхфлуидна течност в резултат на колапс. Това се улеснява от огромно гравитационно привличане, което упражнява постоянно натиск върху веществото. Такова "ядрено течно вещество" се нарича дегенериращ газ и 1000 пъти по-плътен от водата. Атомите на изроден газ се състоят от ядро и електрони, въртящи се около него. С неутронизацията вътрешното пространство на атомите изчезва под влиянието на гравитационните сили. Електроните се сливат с ядрото, образувайки неутрони. Стабилността на свръхзвуковото вещество дава вътрешната гравитация. В противен случай ще започне верижна реакция, придружена от ядрена експлозия.
Колкото по-близо до външния ръб на звездата, толкова по-ниска е температурата и налягането. В резултат на сложни процеси настъпва "охлаждането" на неутронното вещество, от което интензивно се освобождават железните ядра. Колапс и последваща експлозия е фабрика на планетарно желязо, която се разпространява в космоса, превръщайки се в строителен материал по време на формирането на планетите.
Именно избухването на свръхнови, което Земята дължи на факта, че космическите железни частици присъстват в неговата структура и структура.
Условно разглеждайки структурата на неутронна звезда в микроскоп, можем да разграничим пет слоя в структурата на обекта:
- атмосферата на обекта;
- външна кора;
- вътрешни слоеве;
- външно ядро;
- вътрешна сърцевина на неутронна звезда.
Атмосферата на неутронна звезда е с дебелина само няколко сантиметра и е най-тънкият слой. Според състава си той е плазмен слой, отговорен за термичното облъчване на звезда. След това идва външната кора, дебела няколкостотин метра. Между външната кора и вътрешните слоеве е сферата на изроден електронен газ. Колкото по-дълбоко е до центъра на звездата, толкова по-бързо този газ става релативистичен. С други думи, процесите, протичащи вътре в една звезда, са свързани с намаляване на фракцията на атомните ядра. Броят на свободните неутрони се увеличава. Вътрешните области на неутронна звезда представляват външното ядро, където неутроните продължават да съществуват заедно с електрони и протони. Дебелината на този слой на веществото е няколко километра, докато плътността на материята е десет пъти по-висока от плътността на атомното ядро.
Цялата тази атомна супа съществува поради колосалните температури. По време на експлозията на суперновата температурата на неутронната звезда е 1011K. През този период нов небесен обект има максимална светимост. Веднага след експлозията се установява етап на бързо охлаждане, температурата се понижава до ниво от 109К за няколко минути. След това процесът на охлаждане се забавя. Въпреки че температурата на звездата все още е висока, яркостта на обекта намалява. Звездата продължава да свети само поради топлинна и инфрачервена радиация.
Класификация на неутронната звезда
Такъв специфичен състав на звездно-ядреното вещество причинява висока ядрена плътност на неутронна звезда от 1014-1015 g / cm³, докато средният размер на получения обект е не по-малко от 10 и не повече от 20 km По-нататъшно увеличаване на плътността се стабилизира от силите на неутронното взаимодействие. С други думи, изроденият звезден газ е в състояние на равновесие, запазвайки звездата от следващия срив.
Доста сложният характер на такива космически обекти като неутронни звезди стана причина за последващата класификация, която обяснява тяхното поведение и съществуване в обширната Вселена. Основните параметри, въз основа на които се извършва класификацията, са периода на въртене на звездата и мащаба на магнитното поле. В хода на своето съществуване неутронната звезда губи енергията си на въртене и магнитното поле на обекта намалява. Съответно, небесното тяло преминава от едно състояние в друго, сред което най-характерни са следните типове:
- Радиопулсарите (ежекторите) са обекти, които имат кратък период на въртене, но силата на магнитното поле остава сравнително голяма. Заредените частици, които се движат по силовите полета, оставят черупката на звездата в скалите. Небесното тяло от този тип изхвърля, периодично изпълвайки Вселената с радио импулси, фиксирани в радиочестотния диапазон;
- Неутронна звезда - витло. В този случай обектът има изключително ниска скорост на въртене, но магнитното поле няма достатъчно сила, за да привлече елементи от материята от околното пространство. Звездата не излъчва импулси, в този случай не се получава натрупване (падане на космическа материя);
- Рентгенов пулсар (аккретор). Такива обекти имат ниска скорост на въртене, но поради силното магнитно поле звездата интензивно абсорбира материала от космоса. В резултат на това, на места, където звездна материя пада върху повърхността на неутронна звезда, се натрупва плазма, нагрява се до милиони градуса. Тези точки на повърхността на небесното тяло стават източници на пулсиращо топлинно рентгеново лъчение. С появата на мощни радиотелескопи, способни да гледат в дълбините на пространството в инфрачервения и рентгеновия диапазон, стана възможно бързо да се открият доста конвенционални рентгенови пулсари;
- Геотаторът е обект, който има ниска скорост на въртене, докато звездната материя се натрупва на повърхността на звездата в резултат на натрупване. Силното магнитно поле предотвратява образуването на плазма в повърхностния слой и звездата постепенно набира масата си.
Както може да се види от съществуващата класификация, всяка от неутронните звезди се държи различно. От това следват различни методи на тяхното откритие и е възможно съдбата на тези небесни тела да бъде различна в бъдеще.
Парадокси на раждане на неутронна звезда
Първата версия, че неутронните звезди са продукти от експлозията на суперновата, днес не е постулат. Има теория, че тук може да се използва друг механизъм. В системите с двойни звезди белите джуджета стават храна за нови звезди. Звездна материя постепенно тече от един космически обект в друг, увеличавайки нейната маса до критично състояние. С други думи, в бъдеще една от двойката бяло джудже е неутронна звезда.
Често една неутронна звезда, намираща се в близост до звездни купове, насочва вниманието си към най-близкия съсед. Придружители на неутронни звезди могат да бъдат всякакви звезди. Тези двойки се срещат доста често. Последиците от такова приятелство зависят от масата на спътника. Ако масата на новия спътник е малка, тогава откраднатата звезда ще се натрупва наоколо под формата на акреционен диск. Този процес, придружен от голям период на въртене, ще доведе до факта, че звездният газ ще се затопли до температура от един милион градуса. Неутронната звезда ще избухне с рентгенов поток, превръщайки се в рентгенов пулсар. Този процес има два начина:
- звездата остава в пространството тъпо небесно тяло;
- тялото започва да излъчва кратки рентгенови вълни.
По време на рентгенови вълни, яркостта на звездата бързо се увеличава, което прави такъв обект 100 хиляди пъти по-ярък от Слънцето.
Историята на изучаването на неутронни звезди
Неутронните звезди станаха откритието на втората половина на 20-ти век. Преди това е било технически невъзможно да се открият такива обекти в нашата галактика и във Вселената. Мрачната светлина и малкият размер на такива небесни тела не им позволяват да бъдат открити с помощта на оптични телескопи. Въпреки липсата на визуален контакт, съществуването на такива обекти в пространството беше предсказано теоретично. Първата версия за съществуването на звезди с огромна плътност се появява с подаването на съветския учен Л. Ландау през 1932 година.
Година по-късно, през 1933 г., вече над океана, беше направено сериозно изказване за съществуването на звезди с необичайна структура. Астрономите Фриц Цвики и Уолтър Бааде изтъкнаха добре обоснована теория, че неутронната звезда винаги остава на мястото на експлозията на суперновата.
През 60-те години на миналия век се забелязва пробив в астрономическите наблюдения. Това беше улеснено от появата на рентгенови телескопи, способни да откриват източници на мека рентгенова радиация в космоса. Използвайки теорията за съществуването в пространството на източници на силна топлинна радиация, астрономите са стигнали до заключението, че имаме работа с нов тип звезди. Съществено допълнение към теорията за съществуването на неутронни звезди е откриването през 1967 г. на пулсарите. Американският Джоселин Бел, използвайки радиооборудването си, откри радиосигнали, идващи от космоса. Източникът на радиовълните беше бързо въртящ се обект, който действаше като радио фар, изпращайки сигнали във всички посоки.
Такъв обект със сигурност има висока скорост на въртене, което би било фатално за обикновената звезда. Първият пулсар, открит от астрономите, е PSR В1919 + 21, разположен на разстояние 2283,12 св. години от нашата планета. Според учените, най-близката неутронна звезда към Земята е космическият обект RX J1856.5-3754, разположен в съзвездието Южна Корона, открит през 1992 г. в обсерваторията Чандра. Разстоянието от Земята до най-близката неутронна звезда е 400 светлинни години.
