องค์ประกอบของดาวนิวตรอน ดาวนิวตรอนคืออะไร

ผลสุดท้ายของวิวัฒนาการดาวฤกษ์เรียกว่าดาวนิวตรอน ขนาดและน้ำหนักของมันทำให้จินตนาการตะลึง! มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางถึง 20 กม. แต่มีน้ำหนักมากถึง . ความหนาแน่นของสสารในดาวนิวตรอนนั้นมากกว่าความหนาแน่นของนิวเคลียสของอะตอมหลายเท่า ดาวนิวตรอนปรากฏขึ้นระหว่างการระเบิดซูเปอร์โนวา

ดาวนิวตรอนที่รู้จักส่วนใหญ่มีน้ำหนักประมาณ 1.44 มวลดวงอาทิตย์และเท่ากับขีดจำกัดมวลจันทรเศขา แต่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีว่าพวกมันสามารถมีมวลได้มากถึง 2.5 มวล วัตถุที่หนักที่สุดที่ค้นพบจนถึงปัจจุบันมีน้ำหนัก 1.88 มวลดวงอาทิตย์ และเรียกว่าเวเล X-1 และวัตถุที่สองที่มีมวล 1.97 ดวงคือ PSR J1614-2230 เมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้นอีก ดาวจะกลายเป็นควาร์ก

สนามแม่เหล็กของดาวนิวตรอนมีความเข้มข้นสูงมากถึง 10.12 องศา Gสนามโลกคือ 1 G ตั้งแต่ปี 1990 เป็นต้นมา ดาวนิวตรอนบางดวงถูกระบุว่าเป็นดาวแม่เหล็ก ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีสนามแม่เหล็กมีอุณหภูมิเกิน 10 ถึง 14 องศา G ที่สนามแม่เหล็กวิกฤติดังกล่าว ทั้งการเปลี่ยนแปลงทางฟิสิกส์ ผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพปรากฏขึ้น (การโค้งงอของแสงโดยสนามแม่เหล็ก) และโพลาไรเซชัน สูญญากาศทางกายภาพ- มีการทำนายดาวนิวตรอนแล้วจึงค้นพบ

สมมติฐานแรกเกิดขึ้นโดย Walter Baade และ Fritz Zwicky ในปี 1933พวกเขาสันนิษฐานว่าดาวนิวตรอนถือกำเนิดขึ้นจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา จากการคำนวณ การแผ่รังสีจากดาวฤกษ์เหล่านี้มีขนาดเล็กมาก จึงไม่สามารถตรวจพบได้ แต่ในปี 1967 โจเซลีน เบลล์ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Huish ค้นพบว่า ซึ่งปล่อยคลื่นวิทยุปกติออกมา

แรงกระตุ้นดังกล่าวได้มาจากการหมุนอย่างรวดเร็วของวัตถุ แต่ดาวธรรมดาจะบินแยกจากการหมุนรอบตัวเองที่รุนแรงเช่นนั้น ดังนั้นพวกเขาจึงตัดสินใจว่าพวกมันคือดาวนิวตรอน

พัลซาร์ตามลำดับความเร็วการหมุนจากมากไปหาน้อย:

อีเจ็คเตอร์เป็นพัลซาร์วิทยุ ความเร็วในการหมุนต่ำและสนามแม่เหล็กแรงสูง พัลซาร์ดังกล่าวมีสนามแม่เหล็กและดาวฤกษ์หมุนรอบด้วยค่าเท่ากัน ความเร็วเชิงมุม- เมื่อถึงจุดหนึ่ง ความเร็วเชิงเส้นสนามมีความเร็วถึงความเร็วแสงและเริ่มเกินความเร็วแสง นอกจากนี้ สนามไดโพลไม่สามารถมีอยู่ได้ และเส้นความแรงของสนามก็ขาด เมื่อเคลื่อนที่ไปตามเส้นเหล่านี้ อนุภาคที่มีประจุจะไปถึงหน้าผาและแตกออก ดังนั้นพวกมันจึงออกจากดาวนิวตรอนและสามารถบินออกไปในระยะทางเท่าใดก็ได้จนถึงระยะอนันต์ ดังนั้นพัลซาร์เหล่านี้จึงเรียกว่าอีเจ็คเตอร์ (แจก, ดีดออก) - พัลซาร์วิทยุ

ใบพัดมันไม่มีความเร็วในการหมุนเท่ากับตัวเป่าเพื่อเร่งอนุภาคเป็นความเร็วหลังแสงอีกต่อไป ดังนั้นจึงไม่สามารถเป็นพัลซาร์วิทยุได้ แต่ความเร็วการหมุนของมันยังคงสูงมาก สสารที่สนามแม่เหล็กจับไว้ยังไม่สามารถตกลงบนดาวฤกษ์ได้ กล่าวคือ ไม่เกิดการสะสมมวลสาร ดาวฤกษ์ดังกล่าวได้รับการศึกษาต่ำมาก เพราะแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสังเกตดาวเหล่านี้

ตัวเร่งปฏิกิริยาคือพัลซาร์เอ็กซ์เรย์ ดาวฤกษ์ไม่หมุนเร็วอีกต่อไปและสสารเริ่มตกลงบนดาวฤกษ์ตกลงไปตามเส้น สนามแม่เหล็ก- เมื่อตกใกล้ขั้วบนพื้นผิวแข็ง สารจะร้อนสูงถึงหลายสิบล้านองศา ส่งผลให้เกิดรังสีเอกซ์ การเต้นเป็นจังหวะเกิดขึ้นเนื่องจากการที่ดาวยังคงหมุนอยู่และเนื่องจากพื้นที่ของการตกของสสารอยู่ที่ประมาณ 100 เมตร จุดนี้จึงหายไปจากการมองเห็นเป็นระยะ

ในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เช่นเดียวกับสาขาวิทยาศาสตร์อื่นๆ สิ่งที่น่าสนใจที่สุด ปัญหาวิวัฒนาการเกี่ยวข้องกับคำถามนิรันดร์ว่า “เกิดอะไรขึ้น” และ “จะเกิดอะไรขึ้น?” จะเกิดอะไรขึ้นกับมวลดาวฤกษ์โดยประมาณ มวลเท่ากันดวงอาทิตย์ของเรา เรารู้อยู่แล้ว ดาราขนาดนี้ต้องผ่านเวทีมาแล้ว ยักษ์แดงจะกลายเป็น ดาวแคระขาว- ดาวแคระขาวบนแผนภาพเฮิร์ตสปรัง-รัสเซลอยู่นอกลำดับหลัก

ดาวแคระขาวเป็นจุดสิ้นสุดของวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลดวงอาทิตย์ พวกมันเป็นจุดจบของวิวัฒนาการ การสูญพันธุ์อย่างช้าๆ และเงียบๆ ถือเป็นจุดสิ้นสุดของดาวฤกษ์ทุกดวงที่มีมวลน้อยกว่าดวงอาทิตย์ เราจะพูดอะไรเกี่ยวกับเรื่องนี้เพิ่มเติม ดาวมวลมาก- เราเห็นแล้วว่าชีวิตของพวกเขาสมบูรณ์แล้ว เหตุการณ์วุ่นวาย- แต่คำถามธรรมชาติก็เกิดขึ้น: ความหายนะครั้งใหญ่ที่พบในรูปของการระเบิดของซุปเปอร์โนวาจบลงอย่างไร

ในปี ค.ศ. 1054 มีดารารับเชิญปรากฏบนท้องฟ้า มองเห็นได้บนท้องฟ้าแม้ในเวลากลางวัน และหายไปในไม่กี่เดือนต่อมา ปัจจุบันเราเห็นเศษซากของหายนะดาวฤกษ์นี้ในรูปของวัตถุแสงสว่างที่กำหนดให้เป็น M1 ในแคตาล็อกเมสสิเออร์เนบิวลา นี่มีชื่อเสียง เนบิวลาปู- เศษซากของการระเบิดซูเปอร์โนวา

ในช่วงทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษของเรา นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน V. Baade เริ่มศึกษาส่วนกลางของ "ปู" เพื่อพยายามค้นหาในใจกลางเนบิวลา เศษดาวฤกษ์จากการระเบิดซูเปอร์โนวา อย่างไรก็ตาม ชื่อ "ปู" ได้รับการตั้งให้กับวัตถุนี้ในศตวรรษที่ 19 โดยลอร์ดรอสส์นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ Baade พบผู้สมัครสำหรับเศษซากดาวฤกษ์ในรูปของเครื่องหมายดอกจัน 17t

แต่นักดาราศาสตร์โชคไม่ดีเขาไม่มีอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับการศึกษาอย่างละเอียด ดังนั้นเขาจึงไม่สามารถสังเกตได้ว่าดาวดวงนี้กำลังกระพริบตาและเต้นเป็นจังหวะ หากระยะเวลาของการเต้นเป็นจังหวะความสว่างเหล่านี้ไม่ใช่ 0.033 วินาที แต่หลายวินาที Baade คงจะสังเกตเห็นสิ่งนี้อย่างไม่ต้องสงสัย และจากนั้นเกียรติในการค้นพบพัลซาร์แรกก็จะไม่เป็นของ A. Hewish และ D. Bell

ประมาณสิบปีก่อนที่ Baade จะเล็งกล้องโทรทรรศน์ไปที่ศูนย์กลาง เนบิวลาปูนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีเริ่มศึกษาสถานะของสสารที่ความหนาแน่นเกินความหนาแน่นของดาวแคระขาว (106 - 107 g/cm3) ความสนใจในปัญหานี้เกิดขึ้นจากปัญหาขั้นตอนสุดท้ายของวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เป็นที่น่าสนใจที่หนึ่งในผู้ร่วมเขียนแนวคิดนี้คือ Baade คนเดียวกันซึ่งเชื่อมโยงข้อเท็จจริงของการมีอยู่ของดาวนิวตรอนกับการระเบิดของซูเปอร์โนวา

หากสสารถูกบีบอัดให้มีความหนาแน่นมากกว่าดาวแคระขาว กระบวนการที่เรียกว่านิวตรอนไนเซชันจะเริ่มต้นขึ้น แรงกดดันมหาศาลภายในดาวฤกษ์ "ขับเคลื่อน" อิเล็กตรอนเข้าสู่นิวเคลียสของอะตอม ใน สภาวะปกตินิวเคลียสที่ดูดซับอิเล็กตรอนไว้จะไม่เสถียรเนื่องจากมีนิวตรอนมากเกินไป อย่างไรก็ตาม กรณีนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับดาวฤกษ์ที่มีขนาดกะทัดรัด เมื่อความหนาแน่นของดาวเพิ่มขึ้น นิวเคลียสของก๊าซเสื่อมสลายจะค่อยๆ ดูดซับอิเล็กตรอน และดาวฤกษ์ก็จะกลายเป็นดาวขนาดยักษ์ทีละน้อย ดาวนิวตรอน- หยด ก๊าซอิเล็กตรอนเสื่อมจะถูกแทนที่ด้วยก๊าซนิวตรอนเสื่อมซึ่งมีความหนาแน่น 1,014-1,015 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความหนาแน่นของดาวนิวตรอนเป็นพันล้านเท่า ความหนาแน่นมากขึ้นดาวแคระขาว

เป็นเวลานานแล้วที่โครงสร้างดาวฤกษ์อันมหึมานี้ถือเป็นเกมแห่งความคิดของนักทฤษฎี ธรรมชาติต้องใช้เวลามากกว่าสามสิบปีในการยืนยันคำทำนายที่โดดเด่นนี้ ในช่วงทศวรรษที่ 30 เดียวกันก็มีการสร้างอีกอันหนึ่ง การค้นพบที่สำคัญซึ่งมี อิทธิพลชี้ขาดไปจนถึงทฤษฎีวิวัฒนาการของดวงดาวทั้งหมด Chandrasekhar และ L. Landau ยอมรับว่าสำหรับดาวฤกษ์ที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์จนหมด จะมีมวลจำกัดเมื่อดาวฤกษ์ยังคงเสถียร ที่มวลนี้ ความดันของก๊าซเสื่อมยังคงสามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงได้ ผลที่ตามมาคือมวลของดาวฤกษ์เสื่อมโทรม (ดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน) ขีดจำกัดสุดท้าย(ขีดจำกัดจันทรเศกขร) เกินเหตุจนเกิดความหายนะอัดตัวดาวฤกษ์ให้มันพังทลาย

โปรดทราบว่าหากมวลของแกนกลางของดาวอยู่ระหว่าง 1.2 M ถึง 2.4 M "ผลผลิต" สุดท้ายของการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ดังกล่าวควรจะเป็น ดาวนิวตรอน- ด้วยมวลแกนกลางน้อยกว่า 1.2 โมลาร์ วิวัฒนาการจะนำไปสู่การกำเนิดดาวแคระขาวในที่สุด

ดาวนิวตรอนคืออะไร? เรารู้มวลของมัน เรายังรู้ด้วยว่ามันประกอบด้วยนิวตรอนเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งทราบขนาดของมันด้วย จากตรงนี้ ง่ายต่อการกำหนดรัศมีของดาวฤกษ์ ปรากฎว่าใกล้... 10 กิโล! การกำหนดรัศมีของวัตถุดังกล่าวนั้นไม่ใช่เรื่องยาก แต่ก็ยากมากที่จะจินตนาการด้วยสายตาว่าสามารถวางมวลใกล้กับมวลดวงอาทิตย์ในวัตถุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าความยาวของถนน Profsoyuznaya ในมอสโกเล็กน้อย นี่คือหยดนิวเคลียร์ขนาดยักษ์ ซึ่งเป็นซูเปอร์นิวเคลียสของธาตุที่ไม่เข้าข่ายใดๆ ระบบเป็นระยะและมีโครงสร้างที่แปลกประหลาดและคาดไม่ถึง

เรื่องดาวนิวตรอนมีคุณสมบัติเป็นของเหลวยิ่งยวด! ข้อเท็จจริงนี้ยากที่จะเชื่อตั้งแต่แรกเห็น แต่มันเป็นเรื่องจริง สารที่ถูกบีบอัดจนมีความหนาแน่นมหาศาล มีลักษณะคล้ายกับฮีเลียมเหลวในระดับหนึ่ง นอกจากนี้ เราไม่ควรลืมว่าอุณหภูมิของดาวนิวตรอนอยู่ที่ประมาณหนึ่งพันล้านองศา และอย่างที่เราทราบกันดีว่า superfluidity ในสภาวะบนบกจะปรากฏเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น

จริงอยู่ที่อุณหภูมิไม่ได้มีบทบาทพิเศษในพฤติกรรมของดาวนิวตรอนเองเนื่องจากความเสถียรของมันถูกกำหนดโดยความดันของก๊าซ - ของเหลวนิวตรอนที่เสื่อมสภาพ โครงสร้างของดาวนิวตรอนมีความคล้ายคลึงกับโครงสร้างของดาวเคราะห์หลายประการ นอกจาก “แมนเทิล” ซึ่งประกอบด้วยสสารที่มีคุณสมบัติที่น่าทึ่งของของเหลวที่มีตัวนำยิ่งยวดแล้ว ดาวดวงดังกล่าวยังมีเปลือกแข็งที่บางและหนาประมาณหนึ่งกิโลเมตร สันนิษฐานว่าเปลือกไม้มีลักษณะแปลกประหลาด โครงสร้างคริสตัล- แปลกเพราะไม่เหมือนกับคริสตัลที่เรารู้จักตรงที่โครงสร้างของคริสตัลขึ้นอยู่กับโครงร่าง เปลือกอิเล็กตรอนอะตอมในเปลือกของดาวนิวตรอน นิวเคลียสของอะตอมไม่มีอิเล็กตรอน ดังนั้นพวกมันจึงก่อตัวเป็นตาข่ายที่ชวนให้นึกถึงลูกบาศก์ตาข่ายของเหล็ก, ทองแดง, สังกะสี แต่ด้วยเหตุนี้จึงมีมากกว่านั้นอีกนับไม่ถ้วน ความหนาแน่นสูง- ถัดมาเป็นเสื้อคลุมซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เราได้พูดถึงไปแล้ว ที่ใจกลางดาวนิวตรอน มีความหนาแน่นถึง 1,015 กรัมต่อดวง ลูกบาศก์เซนติเมตร- กล่าวอีกนัยหนึ่งวัสดุหนึ่งช้อนชาจากดาวดังกล่าวมีน้ำหนักหลายพันล้านตัน สันนิษฐานว่าเกิดขึ้นที่ใจกลางดาวนิวตรอน การศึกษาต่อเนื่องรู้จักกันหมดแล้วใน ฟิสิกส์นิวเคลียร์รวมถึงยังไม่มีการค้นพบอนุภาคมูลฐานแปลกใหม่

ดาวนิวตรอนเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว การประมาณการแสดงให้เห็นว่าในช่วงสิบถึงหนึ่งแสนปีแรก อุณหภูมิลดลงจากหลายพันล้านเป็นหลายร้อยล้านองศา ดาวนิวตรอนหมุนรอบตัวอย่างรวดเร็ว และสิ่งนี้นำไปสู่ผลลัพธ์ที่น่าสนใจหลายประการ อย่างไรก็ตาม มันเป็นดาวฤกษ์ขนาดเล็กที่ช่วยให้มันคงสภาพเดิมในระหว่างการหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว หากเส้นผ่านศูนย์กลางไม่ใช่ 10 แต่เช่น 100 กิโลเมตร มันก็จะถูกทำลายด้วยแรงเหวี่ยง

เราได้พูดคุยเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ที่น่าสนใจของการค้นพบพัลซาร์แล้ว แนวคิดนี้ถูกหยิบยกขึ้นมาทันทีว่าพัลซาร์เป็นดาวนิวตรอนที่หมุนเร็ว เนื่องจากโครงสร้างดาวฤกษ์ที่ทราบกันทั้งหมด มีเพียงมันเท่านั้นที่สามารถคงความเสถียรและหมุนด้วยความเร็วสูงได้ เป็นการศึกษาพัลซาร์ที่ทำให้ได้ข้อสรุปที่น่าทึ่งว่าดาวนิวตรอนซึ่งนักทฤษฎีค้นพบ "ที่ปลายปากกา" มีอยู่ในธรรมชาติจริง ๆ และเกิดขึ้นจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา ความยากลำบากในการตรวจจับพวกมันในช่วงแสงนั้นชัดเจน เนื่องจากดาวนิวตรอนส่วนใหญ่ไม่สามารถมองเห็นได้ในกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก แม้ว่าอย่างที่เราได้เห็นแล้วก็มีข้อยกเว้น - พัลซาร์ใน เนบิวลาปู.

ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงค้นพบ ชั้นเรียนใหม่วัตถุ - พัลซาร์, ดาวนิวตรอนหมุนเร็ว คำถามธรรมชาติเกิดขึ้น: อะไรคือสาเหตุของการหมุนเร็วของดาวนิวตรอน ทำไมในความเป็นจริง มันจึงควรหมุนรอบแกนของมันด้วยความเร็วมหาศาล?

สาเหตุของปรากฏการณ์นี้ง่ายมาก เรารู้ดีว่านักเล่นสเก็ตสามารถเพิ่มความเร็วในการหมุนได้อย่างไรเมื่อเขากดแขนเข้าใกล้ร่างกายมากขึ้น ในการทำเช่นนั้น เขาใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม กฎนี้ไม่เคยถูกละเมิด และแน่นอนว่าในระหว่างการระเบิดซูเปอร์โนวา จะเพิ่มความเร็วในการหมุนของพัลซาร์ที่เหลืออยู่หลายเท่า

อันที่จริงในระหว่างการล่มสลายของดาวฤกษ์ มวลของมัน (สิ่งที่เหลืออยู่หลังการระเบิด) จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่รัศมีจะลดลงประมาณแสนเท่า แต่โมเมนตัมเชิงมุม เท่ากับสินค้าความเร็วในการหมุนของเส้นศูนย์สูตรต่อมวลและต่อรัศมียังคงเท่าเดิม มวลไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น ความเร็วจึงต้องเพิ่มขึ้นเป็นแสนเท่าเท่าเดิม

ลองดูตัวอย่างง่ายๆ ดวงอาทิตย์ของเราหมุนรอบค่อนข้างช้า แกนของตัวเอง- ระยะเวลาหมุนเวียนนี้คือประมาณ 25 วัน ดังนั้น หากจู่ๆ ดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวนิวตรอน คาบการหมุนรอบตัวเองจะลดลงเหลือหนึ่งในหมื่นวินาที

ผลลัพธ์ที่สำคัญประการที่สองของกฎหมายอนุรักษ์ก็คือดาวนิวตรอนจะต้องมีแม่เหล็กแรงมาก ในความเป็นจริงในเรื่องใด กระบวนการทางธรรมชาติเราไม่สามารถทำลายสนามแม่เหล็กได้ง่ายๆ (ถ้ามีอยู่แล้ว) เส้นสนามแม่เหล็กมีความเกี่ยวข้องตลอดไปกับสสารดาวฤกษ์ซึ่งมีการนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม ขนาด ฟลักซ์แม่เหล็กบนพื้นผิวดาวฤกษ์จะเท่ากับผลคูณของความแรงของสนามแม่เหล็กและกำลังสองของรัศมีของดาว ค่านี้เป็นค่าคงที่อย่างเคร่งครัด ด้วยเหตุนี้ เมื่อดาวฤกษ์หดตัว สนามแม่เหล็กจึงควรเพิ่มขึ้นอย่างแรงมาก ให้เราพิจารณาปรากฏการณ์นี้โดยละเอียด เนื่องจากเป็นปรากฏการณ์นี้ที่กำหนดคุณสมบัติที่น่าทึ่งหลายประการของพัลซาร์

ความแรงของสนามแม่เหล็กสามารถวัดได้บนพื้นผิวโลกของเรา เราจะได้ค่าเล็กน้อยประมาณหนึ่งเกาส์ ในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ที่ดี สามารถรับสนามแม่เหล็กขนาดหนึ่งล้านเกาส์ได้ บนพื้นผิวดาวแคระขาว ความแรงของสนามแม่เหล็กสูงถึงหนึ่งร้อยล้านเกาส์ บริเวณใกล้เคียงสนามยังแข็งแกร่งยิ่งขึ้น - สูงถึงหมื่นล้านเกาส์ แต่บนพื้นผิวของดาวนิวตรอน ธรรมชาติมีสถิติสัมบูรณ์ ที่นี่ความแรงของสนามสามารถมีได้หลายแสนล้านเกาส์ ช่องว่างในขวดลิตรที่บรรจุสนามดังกล่าวจะหนักประมาณหนึ่งพันตัน

สนามแม่เหล็กแรงสูงดังกล่าวไม่สามารถส่งผลกระทบ (แน่นอน เมื่อรวมกับสนามโน้มถ่วง) ธรรมชาติของอันตรกิริยาของดาวนิวตรอนกับสสารโดยรอบ ท้ายที่สุดแล้ว เรายังไม่ได้พูดคุยถึงสาเหตุที่พัลซาร์มีกิจกรรมมหาศาล เหตุใดจึงปล่อยคลื่นวิทยุ และไม่ใช่แค่คลื่นวิทยุเท่านั้น ทุกวันนี้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ตระหนักดีถึงพัลซาร์รังสีเอกซ์ที่พบในระบบไบนารี่เท่านั้น ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาที่มีคุณสมบัติผิดปกติที่เรียกว่าระเบิดรังสีเอกซ์

ลองจินตนาการถึงกลไกต่างๆ ของการโต้ตอบระหว่างดาวนิวตรอนกับสสาร ให้เรามาดูกัน ทฤษฎีทั่วไปการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ในโหมดปฏิสัมพันธ์ของดาวนิวตรอนด้วย สิ่งแวดล้อม- ให้เราพิจารณาขั้นตอนหลักของวิวัฒนาการดังกล่าวโดยสังเขป ดาวนิวตรอนซึ่งเป็นเศษซากของการระเบิดซูเปอร์โนวา ในตอนแรกหมุนรอบเร็วมากด้วยระยะเวลา 10 -2 - 10 -3 วินาที ด้วยการหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว ดาวฤกษ์จึงปล่อยคลื่นวิทยุออกมา รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า, อนุภาค

คุณสมบัติที่น่าทึ่งที่สุดอย่างหนึ่งของพัลซาร์คือพลังอันมหึมาของการแผ่รังสีของพวกมัน ซึ่งมากกว่าพลังการแผ่รังสีจากภายในดาวฤกษ์หลายพันล้านเท่า ตัวอย่างเช่น กำลังการปล่อยคลื่นวิทยุของพัลซาร์ใน "ปู" สูงถึง 1,031 เอิร์ก/วินาที ในทัศนศาสตร์ - 1,034 เอิร์ก/วินาที ซึ่งมากกว่ากำลังการปล่อยของดวงอาทิตย์อย่างมาก พัลซาร์นี้ปล่อยรังสีมากขึ้นในช่วงรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา

เครื่องกำเนิดพลังงานธรรมชาติเหล่านี้ทำงานอย่างไร? พัลซาร์วิทยุทั้งหมดมีหนึ่งอัน ทรัพย์สินส่วนกลางซึ่งทำหน้าที่เป็นกุญแจสำคัญในการคลี่คลายกลไกการกระทำของพวกเขา คุณสมบัตินี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าระยะเวลาของการปล่อยพัลส์ไม่คงที่ แต่จะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ เป็นที่น่าสังเกตว่าคุณสมบัติของดาวนิวตรอนที่กำลังหมุนนี้ถูกทำนายโดยนักทฤษฎีเป็นครั้งแรก จากนั้นจึงได้รับการยืนยันจากการทดลองอย่างรวดเร็ว ดังนั้นในปี พ.ศ. 2512 พบว่าระยะเวลาการปล่อยพัลซาร์ใน "ปู" เพิ่มขึ้น 36 พันล้านวินาทีต่อวัน

เราจะไม่พูดถึงวิธีการวัดช่วงเวลาสั้นๆ ดังกล่าวในตอนนี้ สิ่งสำคัญสำหรับเราคือความจริงในการเพิ่มระยะเวลาระหว่างพัลส์ ซึ่งทำให้สามารถประมาณอายุของพัลซาร์ได้ แต่ทำไมพัลซาร์ถึงปล่อยคลื่นวิทยุออกมา? ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์ภายในกรอบของทฤษฎีที่สมบูรณ์ใดๆ แต่สามารถวาดภาพเชิงคุณภาพของปรากฏการณ์นี้ได้

ประเด็นก็คือแกนการหมุนของดาวนิวตรอนไม่ตรงกับแกนแม่เหล็กของมัน เป็นที่ทราบกันดีจากอิเล็กโทรไดนามิกส์ว่าหากแม่เหล็กหมุนในสุญญากาศรอบแกนที่ไม่ตรงกับแกนแม่เหล็ก การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นอย่างแม่นยำที่ความถี่การหมุนของแม่เหล็ก ขณะเดียวกันความเร็วในการหมุนของแม่เหล็กจะช้าลง ข้อพิจารณาทั่วไปนี้สามารถเข้าใจได้ เนื่องจากหากไม่มีการเบรกเกิดขึ้น เราก็จะมีเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดเวลา

ดังนั้น เครื่องส่งของเราจึงดึงพลังงานของพัลส์วิทยุจากการหมุนรอบดาวฤกษ์ และสนามแม่เหล็กของมันก็เหมือนกับสายพานขับเคลื่อนของเครื่องจักร กระบวนการที่แท้จริงนั้นซับซ้อนกว่ามาก เนื่องจากแม่เหล็กที่หมุนในสุญญากาศเป็นเพียงส่วนหนึ่งของพัลซาร์เท่านั้น ท้ายที่สุดแล้วดาวนิวตรอนไม่ได้หมุนในสุญญากาศ แต่ถูกล้อมรอบด้วยแมกนีโตสเฟียร์อันทรงพลังเมฆพลาสมาและนี่คือตัวนำที่ดีที่ปรับตัวเองให้เข้ากับภาพที่เรียบง่ายและค่อนข้างเป็นแผนผังที่เราวาดไว้ อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กของพัลซาร์กับแมกนีโตสเฟียร์ที่อยู่รอบๆ ทำให้เกิดลำแสงรังสีโดยตรงแคบๆ ขึ้น ซึ่งด้วย "ตำแหน่งของดวงดาว" ที่ดี สามารถสังเกตได้ในส่วนต่างๆ ของกาแลคซี โดยเฉพาะบนโลก .

การหมุนอย่างรวดเร็วของพัลซาร์วิทยุในช่วงเริ่มต้นของชีวิตไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการปล่อยคลื่นวิทยุเท่านั้น พลังงานส่วนสำคัญยังถูกพัดพาไปโดยอนุภาคเชิงสัมพัทธภาพอีกด้วย เมื่อความเร็วการหมุนของพัลซาร์ลดลง ความดันการแผ่รังสีจะลดลง ก่อนหน้านี้ การแผ่รังสีได้ผลักพลาสมาออกจากพัลซาร์ ตอนนี้สสารโดยรอบเริ่มตกลงบนดาวฤกษ์และดับการแผ่รังสีของมัน กระบวนการนี้จะมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษหากพัลซาร์เป็นส่วนหนึ่งของระบบไบนารี ในระบบดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามันอยู่ใกล้พอ พัลซาร์จะดึงเรื่องของสหาย “ปกติ” เข้ามาเอง

หากพัลซาร์ยังอายุน้อยและเต็มไปด้วยพลังงาน การแผ่รังสีวิทยุของมันยังสามารถ "ทะลุผ่าน" ไปยังผู้สังเกตการณ์ได้ แต่พัลซาร์เก่าไม่สามารถต่อสู้กับการสะสมมวลสารได้อีกต่อไป และมัน "ดับ" ดาวฤกษ์ เมื่อพัลซาร์หมุนช้าลง กระบวนการที่น่าทึ่งอื่นๆ ก็เริ่มปรากฏขึ้น เนื่องจากสนามโน้มถ่วงของดาวนิวตรอนมีพลังมาก ในระหว่างการสะสมของสสาร พลังงานจำนวนมากจึงถูกปล่อยออกมาในรูปแบบ การฉายรังสีเอกซ์- หากในระบบดาวคู่คู่ปกติส่งสสารไปยังพัลซาร์ในปริมาณที่เห็นได้ชัดเจน ประมาณ 10 -5 - 10 -6 โมลาร์ต่อปี ดาวนิวตรอนจะไม่ถูกสังเกตในฐานะพัลซาร์วิทยุ แต่จะถูกสังเกตในฐานะพัลซาร์รังสีเอกซ์

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด ในบางกรณี เมื่อแมกนีโตสเฟียร์ของดาวนิวตรอนอยู่ใกล้พื้นผิว สสารจะเริ่มสะสมอยู่ที่นั่น ก่อตัวเป็นเปลือกของดาวฤกษ์ ในเปลือกนี้ สามารถสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยเพื่อให้ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เกิดขึ้น จากนั้นเราจะเห็นการระเบิดของรังสีเอกซ์บนท้องฟ้า (จาก คำภาษาอังกฤษระเบิด - "แฟลช")

ตามความเป็นจริง กระบวนการนี้ไม่ควรดูเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงสำหรับเรา เราได้พูดคุยเกี่ยวกับเรื่องนี้แล้วเกี่ยวกับดาวแคระขาว อย่างไรก็ตาม สภาพบนพื้นผิวของดาวแคระขาวและดาวนิวตรอนแตกต่างกันมาก ดังนั้นการระเบิดรังสีเอกซ์จึงมีความเกี่ยวข้องอย่างชัดเจนกับดาวนิวตรอน เทอร์โม การระเบิดของนิวเคลียร์เราสังเกตได้ในรูปของแสงแฟลร์รังสีเอกซ์ และบางทีอาจเป็นการระเบิดของรังสีแกมมา อันที่จริงการระเบิดรังสีแกมมาบางส่วนอาจดูเหมือนเกิดจากสาเหตุดังกล่าว การระเบิดแสนสาหัสบนพื้นผิวดาวนิวตรอน

แต่กลับมาที่พัลซาร์รังสีเอกซ์กันดีกว่า กลไกของการแผ่รังสีโดยธรรมชาติแล้วแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการระเบิด แหล่งพลังงานนิวเคลียร์ไม่มีบทบาทใดๆ อีกต่อไป พลังงานจลน์ของดาวนิวตรอนเองก็ไม่สามารถสอดคล้องกับข้อมูลเชิงสังเกตได้

มาดูตัวอย่างแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ Centaurus X-1 กัน กำลังของมันคือ 10 เอิร์ก/วินาที ดังนั้นพลังงานสำรองนี้จึงเพียงพอเพียงหนึ่งปีเท่านั้น นอกจากนี้ เห็นได้ชัดว่าคาบการหมุนรอบดาวฤกษ์ในกรณีนี้จะต้องเพิ่มขึ้นด้วย อย่างไรก็ตาม สำหรับพัลซาร์รังสีเอกซ์จำนวนมาก ต่างจากพัลซาร์วิทยุ คาบระหว่างพัลส์จะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นนี่ไม่ใช่ปัญหาที่นี่ พลังงานจลน์การหมุน พัลซาร์เอ็กซ์เรย์ทำงานอย่างไร

เราจำได้ว่าพวกมันปรากฏตัวในระบบสองระบบ กระบวนการเพิ่มปริมาณมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษอยู่ที่นั่น ความเร็วที่สสารตกลงบนดาวนิวตรอนสามารถมีความเร็วถึงหนึ่งในสามของความเร็วแสง (100,000 กิโลเมตรต่อวินาที) จากนั้นสารหนึ่งกรัมจะปล่อยพลังงานออกมา 1,020 เอิร์ก และเพื่อให้แน่ใจว่าจะปล่อยพลังงานออกมาที่ 1,037 เอิร์ก/วินาที การไหลของสสารไปยังดาวนิวตรอนจึงจำเป็นที่ 1,017 กรัมต่อวินาที โดยทั่วไปแล้วจะไม่มากนักประมาณหนึ่งในพันของมวลโลกต่อปี

ซัพพลายเออร์วัสดุอาจเป็นสหายทางแสง กระแสก๊าซจะไหลอย่างต่อเนื่องจากพื้นผิวบางส่วนไปยังดาวนิวตรอน มันจะจ่ายทั้งพลังงานและสสารให้กับจานสะสมมวลสารที่เกิดขึ้นรอบดาวนิวตรอน

เนื่องจากดาวนิวตรอนมีสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ ก๊าซจะ "ไหล" ไปตามสนามแม่เหล็ก สายไฟไปที่เสา ที่นั่น ใน "จุด" ที่ค่อนข้างเล็กซึ่งมีขนาดเพียงหนึ่งกิโลเมตร กระบวนการอันยิ่งใหญ่ของการสร้างรังสีเอกซ์อันทรงพลังเกิดขึ้น รังสีเอกซ์ถูกปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอนเชิงสัมพัทธภาพและอิเล็กตรอนธรรมดาที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กของพัลซาร์ ก๊าซที่ตกลงมาสามารถ "ป้อน" การหมุนของมันได้เช่นกัน นั่นคือเหตุผลว่าทำไมในพัลซาร์รังสีเอกซ์จึงพบว่าระยะเวลาการหมุนลดลงในหลายกรณี

แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์รวมอยู่ใน ระบบคู่ถือเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งที่สุดในอวกาศ มีเพียงไม่กี่แห่งที่อาจไม่เกินร้อยในกาแล็กซีของเรา แต่ความสำคัญของพวกมันนั้นยิ่งใหญ่ไม่เพียงแต่จากมุมมองเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับความเข้าใจประเภทที่ 1 ระบบไบนารี่เป็นวิธีการที่เป็นธรรมชาติและมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับสสารที่จะไหลจากดาวหนึ่งไปอีกดาวหนึ่ง และเราอาจเผชิญอยู่ตรงนี้ (เนื่องจากมวลของดวงดาวเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว) ตัวเลือกต่างๆวิวัฒนาการแบบ "เร่ง"

การพิจารณาที่น่าสนใจอีกประการหนึ่ง เรารู้ว่าการประมาณมวลของดาวฤกษ์ดวงเดียวนั้นยากและแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย แต่เนื่องจากดาวนิวตรอนเป็นส่วนหนึ่งของระบบดาวคู่ อาจกลายเป็นว่าไม่ช้าก็เร็วจะเป็นไปได้ที่จะสังเกต (และนี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง!) ไม่ช้าก็เร็วจึงจะสามารถกำหนดมวลสูงสุดของดาวนิวตรอนรวมทั้งได้รับข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดของมัน .

สสารของวัตถุนั้นสูงกว่าความหนาแน่นของนิวเคลียสของอะตอมหลายเท่า (ซึ่งสำหรับ นิวเคลียสหนักเฉลี่ย 2.8⋅10 17 กก./ลบ.ม.) การอัดแรงโน้มถ่วงเพิ่มเติมของดาวนิวตรอนจะถูกป้องกันโดยความดันของสสารนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากอันตรกิริยาของนิวตรอน

ดาวนิวตรอนจำนวนมากมีความเร็วในการหมุนสูงมาก มากถึงหลายร้อยรอบต่อวินาที ดาวนิวตรอนเกิดขึ้นจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวา

ข้อมูลทั่วไป

ในบรรดาดาวนิวตรอนที่มีมวลที่วัดได้อย่างน่าเชื่อถือ ส่วนใหญ่จะมีมวลอยู่ในช่วง 1.3 ถึง 1.5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งใกล้เคียงกับขีดจำกัดจันทรเศขาร์ ตามทฤษฎี ดาวนิวตรอนที่มีมวลตั้งแต่ 0.1 ถึงประมาณ 2.16 เท่าของมวลดวงอาทิตย์เป็นที่ยอมรับได้ ดาวนิวตรอนมวลมากที่สุดเท่าที่รู้จักคือ ดาวเวลา X-1 (มีมวลอย่างน้อย 1.88±0.13 มวลดวงอาทิตย์ที่ระดับ 1σ ซึ่งสอดคล้องกับระดับนัยสำคัญ αµ34%), PSR J1614–2230 en (มีมวล ค่าประมาณ 1.97±0.04 แสงอาทิตย์) และ PSR J0348+0432 en (โดยค่าประมาณมวล 2.01±0.04 แสงอาทิตย์) แรงโน้มถ่วงเข้า ดาวนิวตรอนมีความสมดุลด้วยความดันของก๊าซนิวตรอนเสื่อม ค่าสูงสุดมวลของดาวนิวตรอนกำหนดโดยขีดจำกัดออพเพนไฮเมอร์-โวลคอฟฟ์ ซึ่งค่าตัวเลขนั้นขึ้นอยู่กับสมการสถานะของสสารในแกนกลางของดาว (ยังไม่ค่อยทราบ) มีเหตุผลทางทฤษฎีที่ว่าเมื่อมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น การเสื่อมของดาวนิวตรอนเป็นดาวควาร์กก็เป็นไปได้

ภายในปี 2558 มีการค้นพบดาวนิวตรอนมากกว่า 2,500 ดวง ประมาณ 90% เป็นโสด โดยรวมแล้วในกาแล็กซีของเราสามารถมีดาวนิวตรอนได้ 10 8 -10 9 ดวงนั่นคือประมาณหนึ่งดวงต่อดาวธรรมดาหนึ่งพันดวง ดาวนิวตรอนมีลักษณะเด่นคือมีความเร็วสูง (โดยปกติคือหลายร้อยกิโลเมตร/วินาที) จากการสะสมของสสารเมฆ ดาวนิวตรอนในสถานการณ์เช่นนี้จึงสามารถมองเห็นได้จากโลกในช่วงสเปกตรัมต่างๆ รวมถึงทางแสงด้วย ซึ่งคิดเป็นประมาณ 0.003% ของพลังงานที่ปล่อยออกมา (ตรงกับขนาด 10)

โครงสร้าง

ดาวนิวตรอนมี 5 ชั้น ได้แก่ ชั้นบรรยากาศ เปลือกโลกชั้นนอก เปลือกชั้นใน แกนด้านนอกและแก่นชั้นใน

บรรยากาศของดาวนิวตรอนเป็นชั้นพลาสมาบางมาก (ตั้งแต่ 10 เซนติเมตรสำหรับดาวร้อนไปจนถึงมิลลิเมตรสำหรับดาวเย็น) ซึ่งเกิดการแผ่รังสีความร้อนของดาวนิวตรอน

เปลือกนอกประกอบด้วยไอออนและอิเล็กตรอนมีความหนาหลายร้อยเมตร ชั้นใกล้พื้นผิวบาง ๆ (ไม่เกินสองสามเมตร) ของดาวนิวตรอนร้อนประกอบด้วยก๊าซอิเล็กตรอนที่ไม่เสื่อมลง ชั้นที่ลึกกว่านั้นประกอบด้วยก๊าซอิเล็กตรอนเสื่อม และเมื่อความลึกเพิ่มขึ้น มันจะกลายเป็นความสัมพันธ์และสัมพัทธภาพอย่างยิ่งยวด

เปลือกชั้นในประกอบด้วยอิเล็กตรอน นิวตรอนอิสระ และนิวตรอนส่วนเกิน นิวเคลียสของอะตอม- เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น สัดส่วนของนิวตรอนอิสระจะเพิ่มขึ้น และนิวเคลียสของอะตอมจะลดลง ความหนาของเปลือกโลกชั้นในสามารถเข้าถึงได้หลายกิโลเมตร

แกนชั้นนอกประกอบด้วยนิวตรอนที่มีส่วนผสมของโปรตอนและอิเล็กตรอนเล็กน้อย (หลายเปอร์เซ็นต์) ในดาวนิวตรอนมวลต่ำ แกนกลางชั้นนอกสามารถขยายไปถึงใจกลางดาวฤกษ์ได้

ดาวนิวตรอนมวลมากก็มีแกนกลางชั้นในเช่นกัน รัศมีของมันสามารถเข้าถึงได้หลายกิโลเมตร ความหนาแน่นในใจกลางนิวเคลียสสามารถเกินความหนาแน่นของนิวเคลียสของอะตอมได้ 10-15 เท่า องค์ประกอบและสมการของสถานะของแกนในนั้นไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด: มีหลายสมมติฐาน ซึ่งเป็นไปได้มากที่สุดสามข้อคือ 1) แกนควาร์ก ซึ่งนิวตรอนแตกออกเป็นส่วนประกอบควาร์กขึ้นและลง; 2) แกนไฮเปอร์นิกของแบริออนรวมถึงควาร์กแปลก ๆ และ 3) แกน Kaonic ที่ประกอบด้วย Meson สองตัว รวมถึงควาร์กแปลก ๆ (ต่อต้าน) อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ยังไม่สามารถยืนยันหรือหักล้างสมมติฐานเหล่านี้ได้

นิวตรอนอิสระภายใต้สภาวะปกติไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม มักจะมีอายุการใช้งานประมาณ 880 วินาที แต่อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดาวนิวตรอนไม่อนุญาตให้นิวตรอนสลายตัว ดังนั้น ดาวนิวตรอนจึงเป็นวัตถุที่เสถียรที่สุด ในจักรวาล - ]

การระบายความร้อนของดาวนิวตรอน

ในช่วงเวลากำเนิดดาวนิวตรอน (จากการระเบิดของซูเปอร์โนวา) อุณหภูมิของมันสูงมาก - ประมาณ 10 11 K (นั่นคือขนาด 4 ลำดับความสำคัญสูงกว่าอุณหภูมิที่ใจกลางดวงอาทิตย์) แต่ มันลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการเย็นตัวของนิวตริโน ในเวลาเพียงไม่กี่นาทีอุณหภูมิจะลดลงจาก 10 11 เป็น 10 9 K ในหนึ่งเดือนเป็น 10 8 K จากนั้นความส่องสว่างของนิวตริโนจะลดลงอย่างรวดเร็ว (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก) และการระบายความร้อนจะเกิดขึ้นช้ากว่ามากเนื่องจากโฟตอน (ความร้อน) รังสีจากพื้นผิว อุณหภูมิพื้นผิวของดาวนิวตรอนที่รู้จักซึ่งสามารถวัดได้นั้นอยู่ที่ 10 5 -10 6 เคลวิน (แม้ว่าแกนกลางจะร้อนกว่ามากก็ตาม)

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

ดาวนิวตรอนเป็นหนึ่งในวัตถุจักรวาลไม่กี่ประเภทที่ได้รับการทำนายทางทฤษฎีก่อนที่ผู้สังเกตการณ์จะค้นพบ

เป็นครั้งแรกที่แนวคิดเรื่องการมีอยู่ของดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นแม้กระทั่งก่อนการค้นพบนิวตรอนที่แชดวิกสร้างขึ้นเมื่อต้นเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2475 ได้ถูกแสดงโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียตชื่อดัง Lev Landau ด้วยเหตุนี้ ในบทความของเขาเรื่อง “ทฤษฎีดวงดาว” ซึ่งเขียนเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2474 และด้วยเหตุผลที่ไม่ทราบสาเหตุซึ่งตีพิมพ์ล่าช้าในวันที่ 29 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2475 (มากกว่าหนึ่งปีต่อมา) เขาจึงเขียนว่า “เราคาดหวังให้ [การละเมิดกฎหมายทั้งหมดนี้] กลศาสตร์ควอนตัม] ควรปรากฏให้เห็นเมื่อความหนาแน่นของสสารมีมากจนนิวเคลียสของอะตอมสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดจนกลายเป็นนิวเคลียสขนาดยักษ์หนึ่งอัน”

"ใบพัด"

ความเร็วในการหมุนไม่เพียงพอสำหรับการปล่อยอนุภาคอีกต่อไป ดังนั้นดาวฤกษ์ดังกล่าวจึงไม่สามารถเป็นพัลซาร์วิทยุได้ อย่างไรก็ตาม ความเร็วในการหมุนยังคงสูง และสสารที่อยู่รอบดาวนิวตรอนที่ถูกสนามแม่เหล็กจับไว้จะไม่ตก กล่าวคือ ไม่เกิดการสะสมของสสาร ดาวนิวตรอนประเภทนี้แทบไม่มีการปรากฏให้เห็นเลยและมีการศึกษาไม่ดีนัก

เครื่องปฏิกรณ์ (X-ray pulsar)

ความเร็วในการหมุนลดลงมากจนไม่มีสิ่งใดขัดขวางไม่ให้สสารตกลงไปบนดาวนิวตรอนเช่นนั้นได้ การตกลงมา สสารซึ่งอยู่ในสถานะพลาสมาแล้ว เคลื่อนที่ไปตามเส้นสนามแม่เหล็กและชนพื้นผิวแข็งของตัวดาวนิวตรอนในบริเวณขั้วของมัน ทำให้ร้อนขึ้นถึงหลายสิบล้านองศา สารที่ถูกทำให้ร้อนเช่นนี้ อุณหภูมิสูง,เรืองแสงเจิดจ้าในช่วงเอ็กซ์เรย์ บริเวณที่มีการชนกันของสสารที่ตกลงมากับพื้นผิวของวัตถุดาวนิวตรอนนั้นมีขนาดเล็กมาก - เพียงประมาณ 100 เมตรเท่านั้น เนื่องจากการหมุนรอบดาวฤกษ์ จุดร้อนนี้จึงหายไปจากการมองเห็นเป็นระยะๆ ดังนั้นจึงสังเกตการแผ่รังสีเอกซ์เป็นจังหวะสม่ำเสมอ วัตถุดังกล่าวเรียกว่าพัลซาร์เอ็กซ์เรย์

จีโอโรเตเตอร์

ความเร็วการหมุนรอบตัวเองของดาวนิวตรอนนั้นต่ำและไม่ได้ขัดขวางการสะสมมวลสาร แต่ขนาดของแมกนีโตสเฟียร์นั้นทำให้พลาสมาถูกหยุดโดยสนามแม่เหล็กก่อนที่จะถูกจับโดยแรงโน้มถ่วง กลไกที่คล้ายกันนี้ทำงานในสนามแม่เหล็กโลกด้วยเหตุนี้ ประเภทนี้ดาวนิวตรอนและได้รับชื่อมา

หมายเหตุ

1. มิทรี ทรูนิน. นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ชี้แจงมวลสูงสุดของดาวนิวตรอน (ไม่ได้กำหนด) - nplus1.ru สืบค้นเมื่อวันที่ 18 มกราคม 2018.
2. H. Quaintrell และคณะมวลของดาวนิวตรอนใน Vela X-1 และการสั่นไหวที่ไม่ใช่แนวรัศมีที่เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสน้ำใน GP Vel // ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ - เมษายน 2546 - ฉบับที่ 401. - หน้า 313-323. - arXiv:astro-ph/0301243.
3. พี.บี. เดโมเรสต์, ที. เพนนุชชี่, เอส. เอ็ม. แรนซัม, เอ็ม. เอส. อี. โรเบิร์ตส์ และเจ. ดับเบิลยู. ที. เฮสเซลส์ดาวนิวตรอนมวลดวงอาทิตย์ 2 ดวง วัดโดยใช้การหน่วงเวลาชาปิโร (ภาษาอังกฤษ) // ธรรมชาติ - 2553. - ฉบับที่. 467. - หน้า 1081-1083.

มันเกิดขึ้นหลังจากการระเบิดซูเปอร์โนวา

นี่คือพลบค่ำแห่งชีวิตของดวงดาว แรงโน้มถ่วงของมันแรงมากจนปล่อยอิเล็กตรอนออกจากวงโคจรของอะตอมและเปลี่ยนพวกมันให้เป็นนิวตรอน

เมื่อมันสูญเสียการรองรับของแรงกดดันภายใน มันจะพังทลายลงและสิ่งนี้นำไปสู่ การระเบิดของซูเปอร์โนวา.

ซากศพนี้กลายเป็นดาวนิวตรอนซึ่งมีมวลเป็น 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์และมีรัศมีเกือบ เท่ากับรัศมีแมนฮัตตันในสหรัฐอเมริกา

น้ำหนักของน้ำตาลหนึ่งชิ้นและมีความหนาแน่นของดาวนิวตรอนคือ...

ตัวอย่างเช่น หากคุณนำน้ำตาลชิ้นหนึ่งที่มีปริมาตร 1 cm3 แล้วจินตนาการว่ามันทำจาก สสารดาวนิวตรอนจากนั้นมวลของมันจะอยู่ที่ประมาณหนึ่งพันล้านตัน ซึ่งเท่ากับมวลของเรือบรรทุกเครื่องบินประมาณ 8,000 ลำ วัตถุขนาดเล็กด้วย ความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ!

ดาวนิวตรอนแรกเกิดมีความเร็วในการหมุนสูง เมื่อดาวฤกษ์มวลมากกลายเป็นดาวนิวตรอน ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองจะเปลี่ยนไป

ดาวนิวตรอนที่กำลังหมุนอยู่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามธรรมชาติ การหมุนของมันทำให้เกิดสนามแม่เหล็กอันทรงพลัง พลังแม่เหล็กขนาดมหึมานี้จับอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นๆ ของอะตอม และส่งพวกมันลึกเข้าไปในจักรวาลด้วยความเร็วมหาศาล อนุภาคความเร็วสูงมีแนวโน้มที่จะปล่อยรังสีออกมา การกะพริบที่เราสังเกตเห็นในดาวพัลซาร์คือการแผ่รังสีของอนุภาคเหล่านี้แต่เราสังเกตได้ก็ต่อเมื่อมีการแผ่รังสีมาในทิศทางของเราเท่านั้น

ดาวนิวตรอนที่กำลังหมุนอยู่คือพัลซาร์ ซึ่งเป็นวัตถุแปลกใหม่ที่สร้างขึ้นหลังจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา นี่คือพระอาทิตย์ตกแห่งชีวิตของเธอ

ความหนาแน่นของดาวนิวตรอนมีการกระจายต่างกัน พวกเขามีเปลือกไม้ที่หนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ แต่แรงภายในดาวนิวตรอนสามารถทะลุเปลือกโลกได้ และเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ดาวฤกษ์จะปรับตำแหน่ง ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงการหมุนของมัน สิ่งนี้เรียกว่า: เปลือกแตก การระเบิดเกิดขึ้นบนดาวนิวตรอน

บทความ

ดาวนิวตรอน
ดาวนิวตรอน

ดาวนิวตรอน - ดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นสูงก่อตัวขึ้นจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวา เรื่องของดาวนิวตรอนประกอบด้วยนิวตรอนเป็นส่วนใหญ่
ดาวนิวตรอนมีความหนาแน่นของนิวเคลียร์ (10 14 -10 15 กรัม/ซม.3) และมีรัศมีปกติ 10-20 กม. การอัดแรงโน้มถ่วงเพิ่มเติมของดาวนิวตรอนจะถูกป้องกันโดยความดันของสสารนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากอันตรกิริยาของนิวตรอน แรงกดดันของก๊าซนิวตรอนที่มีความหนาแน่นลดลงอย่างมีนัยสำคัญนี้สามารถรักษามวลได้สูงถึง 3M จากการล่มสลายของแรงโน้มถ่วง

ดังนั้นมวลของดาวนิวตรอนจึงแปรผันภายในช่วง (1.4-3)M

ข้าว. 1. ภาพตัดขวางของดาวนิวตรอนที่มีมวล 1.5M และมีรัศมี R = 16 กม. ความหนาแน่น ρ แสดงเป็น g/cm 3 ในส่วนต่างๆ ของดาวฤกษ์ นิวตริโนที่เกิดขึ้นระหว่างซุปเปอร์โนวายุบตัวดาวนิวตรอนเย็นลงอย่างรวดเร็ว คาดว่าอุณหภูมิจะลดลงจาก 10 11 เป็น 10 9 K ในเวลาประมาณ 100 วินาที จากนั้นอัตราการทำความเย็นจะลดลงอย่างไรก็ตามเขาอยู่สูง
มีวัตถุที่รู้จักประมาณ 1,200 ชิ้นซึ่งจัดเป็นดาวนิวตรอน ประมาณ 1,000 แห่งตั้งอยู่ในกาแล็กซีของเรา โครงสร้างของดาวนิวตรอนที่มีมวล 1.5M และรัศมี 16 กม. แสดงไว้ในรูปที่ 1 1: ฉัน – ผอมชั้นนอก ของอะตอมที่อัดตัวหนาแน่น ภูมิภาคที่ 2 คือตาข่ายคริสตัล นิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอนเสื่อม ภูมิภาคที่ 3 เป็นชั้นแข็งของนิวเคลียสของอะตอมที่อิ่มตัวด้วยนิวตรอน IV – แกนของเหลว ประกอบด้วยนิวตรอนเสื่อมสภาพเป็นส่วนใหญ่บริเวณที่ 5 ก่อตัวเป็นแกนฮาโดรนิกของดาวนิวตรอน นอกจากนิวคลีออนแล้ว ยังสามารถประกอบด้วยไพออนและไฮเปอร์รอนได้ ในส่วนนี้ของดาวนิวตรอน การเปลี่ยนของเหลวนิวตรอนเป็นของแข็งเป็นไปได้
สถานะผลึก การปรากฏตัวของไพออนคอนเดนเสท การก่อตัวของควาร์ก-กลูออนและพลาสมาไฮเปอร์รอน ขณะนี้รายละเอียดบางประการเกี่ยวกับโครงสร้างของดาวนิวตรอนอยู่ระหว่างการชี้แจงให้ชัดเจนตรวจจับดาวนิวตรอน วิธีการทางแสงยากเนื่องจากมีขนาดเล็กและมีความสว่างต่ำ ในปี 1967 อี. เฮวิช และ เจ. เบลล์ ( มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์) เปิดแล้ว แหล่งที่มาของจักรวาลการปล่อยคลื่นวิทยุเป็นระยะ - พัลซาร์ คาบการทำซ้ำของพัลซาร์วิทยุพัลซาร์จะคงที่อย่างเคร่งครัด และพัลซาร์ส่วนใหญ่อยู่ในช่วงตั้งแต่ 10 -2 ถึงหลายวินาที พัลซาร์กำลังหมุนดาวนิวตรอน เฉพาะวัตถุขนาดกะทัดรัดที่มีคุณสมบัติของดาวนิวตรอนเท่านั้นที่สามารถรักษารูปร่างของมันไว้ได้โดยไม่ยุบตัวด้วยความเร็วการหมุนเช่นนั้น ประหยัด