Рождение из пепла сверхновых
Когда массивная звезда завершает свой жизненный путь мощным взрывом сверхновой типа II, на её месте могут остаться одни из самых экстремальных объектов во Вселенной — нейтронные звёзды или чёрные дыры. Согласно ранним представлениям, если масса звезды-прародителя примерно в три раза превышает массу Солнца, её ядро подвергается катастрофическому гравитационному коллапсу. Этот процесс сжатия останавливается, когда образуется нейтронная звезда — сверхплотный шар, удерживаемый от дальнейшего коллапса давлением вырожденных нейтронов.
Внутреннее устройство: гипотезы и модели
Структура и состояние вещества внутри нейтронных звёзд во многом остаются предметом теоретических изысканий, хотя современные компьютерные симуляции на суперкомпьютерах дают всё больше подтверждений предложенным моделям. Основу звезды, чья плотность сравнима с плотностью атомного ядра, составляют нейтроны (около 97%). Остаток — это электроны и протоны в вырожденном состоянии. Диаметр этих объектов невелик — от 10 до 200 километров. При достижении плотности, втрое превышающей ядерную, в центральных областях могут рождаться экзотические частицы, такие как гипероны.
Гравитация на поверхности нейтронной звезды чудовищна. Например, кубический сантиметр вещества, взятый на метр ниже поверхности, весил бы около ста тонн. Человек, оказавшийся там, был бы мгновенно сплющен в тончайшую плёнку. Коллапс также приводит к колоссальному усилению магнитного поля — до миллионов гаусс (для сравнения, поле Земли — около 1 Гаусса). Это мощное неоднородное поле деформирует твёрдую кору звезды, вызывая «звёздотрясения» (аналоги землетрясений) и выбросы вещества из глубин на поверхность.
Слоистая структура: от коры до ядра
Под поверхностью, на глубине около двух километров, плотность нарастает настолько, что кубический сантиметр вещества уже весил бы порядка 100 миллионов тонн. Считается, что кора нейтронной звезды твёрдая, а в маломассивных объектах она может простираться до самого центра. У более массивных звёзд под корой находится слой жидкого вещества, состоящего преимущественно из нейтронов, с небольшой примесью протонов и электронов. Это вещество обладает свойствами сверхтекучести и сверхпроводимости, напоминая гелий при температурах, близких к абсолютному нулю.
В самом центре плотность достигает апогея: кубический сантиметр здесь может весить миллиард тонн. Если бы Землю сжать до такой плотности, она превратилась бы в шарик размером с таблетку. Учёные предполагают, что в этих невероятных условиях могут стабильно существовать элементарные частицы, которые в обычном мире живут лишь доли секунды. Изучение ядра нейтронной звезды может открыть дверь к совершенно новой, неизвестной нам физике.
Модель Раудса и Руффини: альтернативный взгляд
Вторая известная модель, предложенная учёными из Принстона, также описывает нейтронную звезду как «слоёный пирог». Самый внешний слой — магнитосфера, где генерируется рентгеновское излучение. Именно по периодическим импульсам этого излучения (пульсациям) в 1967 году были открыты нейтронные звёзды, названные пульсарами. Интересно, что первооткрыватели почти год держали discovery в секрете, подозревая, что уловили сигналы внеземного разума.
За магнитосферой следует сверхтвёрдый кристаллический металлический слот, чья плотность в миллион раз выше, чем у поверхностного. Далее идёт слой из тяжёлых ядер (например, кадмия), нейтронов и электронов с ещё большей плотностью. Под ним — слой нейтронной жидкости, где вещество в основном состоит из нейтронов. Центральное ядро в этой модели, в отличие от первой, считается «мягким» из-за присутствия экзотических короткоживущих частиц. Температуры в недрах молодых нейтронных звёзд колоссальны — до десятков миллиардов кельвинов, но со временем (за миллион лет) они падают до нескольких миллионов.
Обратите внимание: Что больше Вселенной (рассказ).
Классификация нейтронных звёзд
Современная классификация, основанная на скорости вращения и силе магнитного поля, выделяет несколько типов нейтронных звёзд:
- Эжектор (радиопульсар): обладает сильным магнитным полем, быстро вращается, имеет твёрдую кору и излучает в радиодиапазоне, выбрасывая релятивистские частицы.
- «Пропеллер»: скорость вращения недостаточна для значительного излучения, такие объекты мало изучены.
- Аккретор (рентгеновский пульсар): имеет медленное вращение. Падающее на его поверхность вещество разогревается до десятков миллионов градусов, создавая горячее пятно, которое из-за вращения даёт пульсирующее рентгеновское излучение.
- Георотатор: вращение очень медленное, аккреция вещества тормозится магнитным полем (аналогично процессам в магнитосфере Земли).
- Эргозвезда: теоретический объект с эргосферой (областью рядом с чёрной дырой), который может образоваться при слиянии двух нейтронных звёзд.
Распространённость и будущие исследования
Согласно оценкам, основанным на частоте вспышек сверхновых, только в нашей Галактике Млечный Путь может существовать не менее 100 миллионов нейтронных звёзд. На сегодняшний день астрономам удалось обнаружить менее 2000 таких объектов. Их дальнейшее изучение — ключ к пониманию фундаментальных законов физики в экстремальных условиях, эволюции звёзд и строения Вселенной в целом.
Платформа Яндекс.сайт по определённым причинам меняет алгоритмы показов, и теперь статьи сайта Intellectus увидят только его подпиcчики. Если вы уверены, что подписаны в раздел рекомендуется проверить это в связи с возможной автоматической отпиской.
Другие материалы рубрики «Космос и Мультивселенная» можно посмотреть здесь #intellectus cosmo
#физика #астрономия #космос #вселенная #нейтронные звёзды #наука #научно популярное #познавательно #интересные факты
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Нейтронные звёзды – загадочные компактные и суперплотные объекты Вселенной.