Neutron Stars: Definisjon og fakta

Neutron Star Creation

Nøytronstjerner opprettes når gigantiske stjerner dør i supernovaer og kjernene deres kollapser, med protoner og elektroner som i det vesentlige smelter inn i hverandre for å danne nøytroner. (Bildekreditt: NASA / Dana Berry)



Nøytronstjerner er stjernebilder i bystørrelse med en masse som er omtrent 1,4 ganger solens. Disse små gjenstandene er født av den eksplosive døden til en annen, større stjerne, og pakker ganske mye. La oss se på hva de er, hvordan de dannes og hvordan de varierer.



En fantastisk føniks

Når stjerner fire til åtte ganger så massive som solen eksploderer i en voldsom supernova, kan deres ytre lag blåse av i en ofte spektakulær skjerm, og etterlate seg en liten, tett kjerne som fortsetter å kollapse. Tyngdekraften presser materialet inn i seg selv så tett at protoner og elektroner kombineres for å lage nøytroner, noe som gir navnet 'nøytronstjerne'. [Bilder fra Supernova: flotte bilder av stjerneeksplosjoner]

Nøytronstjerner pakker massen i en diameter på 20 kilometer. De er det tett at en enkelt teskje ville veie en milliard tonn - forutsatt at du på en eller annen måte klarte å ta en prøve uten å bli fanget av kroppens sterke gravitasjonskraft. I gjennomsnitt er tyngdekraften på en nøytronstjerne 2 milliarder ganger sterkere enn tyngdekraften på jorden. Faktisk er den sterk nok til å bøye stråling fra stjernen betydelig i en prosess som kalles gravitasjonslinser, slik at astronomer kan se noen av baksiden av stjernen.



Kraften fra supernovaen som fødte den, gir stjernen en ekstremt rask rotasjon, noe som får den til å snurre flere ganger på et sekund. Nøytronstjerner kan snurre så raskt som 43 000 ganger i minuttet, gradvis avta over tid.

Åpne Star Cluster Messier 50

Hvis en nøytronstjerne er en del av et binært system som overlevde den dødelige eksplosjonen fra supernovaen (eller hvis den fanget en forbipasserende ledsager), kan ting bli enda mer interessant. Hvis den andre stjernen er mindre massiv enn solen, trekker den masse fra kameraten til en Roche-lap, en ballonglignende sky av materiale som går i bane rundt nøytronstjernen. Ledsagerstjerner opptil 10 ganger solens masse skaper lignende masseoverføringer som er mer ustabile og ikke varer like lenge.



Stjerner mer enn 10 ganger så massive som solen overfører materiale i form av stjernevind. Materialet flyter langs de magnetiske polene til nøytronstjernen, og skaper røntgenpulsasjoner når det varmes opp.

I 2010 hadde omtrent 1800 pulsarer blitt identifisert gjennom radiodeteksjon, med ytterligere 70 funnet av gammastråler. Noen pulsarer har til og med planeter i bane rundt dem - og noen kan bli til planeter.

Typer nøytronstjerner

Noen nøytronstjerner har stråler av materialer som strømmer ut av dem med nesten lysets hastighet. Når disse bjelkene panorerer forbi jorden, blinker de som pæren til et fyrtårn. Forskere kalte dem pulsarer etter deres pulserende utseende.Normale pulsarer spinner mellom 0,1 og 60 ganger i sekundet, mens millisekunder pulsarer kan resultere så mye som 700 ganger i sekundet.



Når røntgenpulsarer fanger opp materialet som strømmer fra mer massive ledsagere, samhandler det materialet med magnetfeltet for å produsere kraftige bjelker som kan sees i radio-, optisk-, røntgen- eller gammastrålespektrum. Fordi deres viktigste strømkilde kommer fra materialet fra deres ledsager, kalles de ofte 'akkresjonsdrevne pulsarer'. 'Spin-drevne pulsarer' drives av stjerners rotasjon, ettersom elektroner med høy energi interagerer med pulsarens magnetfelt over polene. Unge nøytronstjerner før de avkjøles kan også gi pulser av røntgenstråler når noen deler er varmere enn andre.

Ettersom materiale i en pulsar akselererer innenfor magnetosfæren til en pulsar, produserer nøytronstjernen gammastråleemisjon. Overføring av energi i disse gammastrålingspulsarene bremser stjernens rotasjon.

Flimringen av pulsarer er så forutsigbar at forskere vurderer å bruke dem til romfartsnavigasjon.

'Noen av disse millisekundpulsarene er ekstremt vanlige, klokkelignende,' sa Keith Gendreau fra NASAs Goddard Space Flight Center i Maryland til pressemedlemmer i 2018.

'Vi bruker disse pulsarene på samme måte som vi bruker atomurene i et GPS -navigasjonssystem,' sa Gendreau.

Den gjennomsnittlige nøytronstjernen har et kraftig magnetfelt. Jordens magnetfelt er rundt 1 gauss, og solens er rundt noen få hundre gauss, ifølge astrofysiker Paul Sutter. Men en nøytronstjerne har et milliard-gauss magnetfelt.

Magnetarer har magnetfelt tusen ganger sterkere enn gjennomsnittlig nøytronstjerne. Det resulterende draget får stjernen til å ta lengre tid å rotere.

'Det setter magnetarer på nr. 1, regjerende mestere i den universelle' sterkeste magnetfelt' -konkurransen, 'sa Sutter. 'Tallene er der, men det er vanskelig å vikle hjernen vår rundt dem.'

Disse feltene ødelegger sine lokale miljøer, med atomer som strekker seg til blyant-tynne stenger nær magnetarer. De tette stjernene kan også drive utbrudd av høyintensitetsstråling.

'Kom for nær en (si innen 1000 kilometer eller omtrent 600 miles), og magnetfeltene er sterke nok til å forstyrre ikke bare bioelektrisiteten din - noe som gjør nerveimpulsene dine latterlig ubrukelige - men din veldig molekylære struktur,' Sa Sutter . 'I et magnetarfelt løser du bare ... opp.'

Med den høyeste tettheten til et kjent romobjekt, kan nøytronstjerner stråle ut over galaksen.

Med den høyeste tettheten til et kjent romobjekt, kan nøytronstjerner stråle ut over galaksen.(Bildekreditt: av Karl Tate, Infographics Artist)

Crashing stars

Som normale stjerner kan to nøytronstjerner gå i bane rundt hverandre. Hvis de er nær nok, kan de til og med spire innover til deres undergang i et intenst fenomen kjent som en ' kilonova . '

Kollisjonen mellom to nøytronstjerner gjorde at bølger hørte verden rundt i 2017, da forskere oppdaget gravitasjonsbølger og lys som kom fra den samme kosmiske smashupen. Forskningen ga også det første solide beviset på at nøytronstjernekollisjoner er kilden til mye av universets gull, platina og andre tunge grunnstoffer.

'Opprinnelsen til de virkelig tyngste kjemiske elementene i universet har forvirret det vitenskapelige samfunnet ganske lenge,' sa Hans-Thomas Janka, seniorforsker ved MPA, i en uttalelse . 'Nå har vi det første observasjonsbeviset for fusjon av nøytronstjerner som kilder; Faktisk kan de godt være hovedkilden til r-prosesselementene, som er elementer som er tyngre enn jern, som gull og platina.

Den kraftige kollisjonen frigjorde enorme mengder lys og skapte gravitasjonsbølger som kruset gjennom universet. Men hva som skjedde med de to objektene etter smashupen deres er fortsatt et mysterium.

'Vi vet faktisk ikke hva som skjedde med objektene på slutten,' sa David Shoemaker, senior forsker ved MIT og en talsmann for LIGO Scientific Collaboration, på en pressekonferanse i 2017. 'Vi vet ikke om det er et svart hull, en nøytronstjerne eller noe annet.'

Observasjonene antas å være de første av mange som kommer.

'Vi forventer at flere nøytronstjernefusjoner snart vil bli observert, og at observasjonsdataene fra disse hendelsene vil avsløre mer om materiens indre struktur,' sier hovedforfatter Andreas Bauswein, fra Heidelberg Institute for Theoretical Studies i Tyskland, i en uttalelse .

Følg Nola Taylor Redd kl @NolaTRedd , Facebook , eller Google+ . Følg oss på @Spacedotcom , Facebook eller Google+ .