Il 27 dicembre 2004, un'esplosione di raggi gamma è arrivata nel nostro sistema solare da SGR 1806-20 (raffigurata in un'impressione artistica). L'esplosione fu così potente che colpì l'atmosfera terrestre ad una distanza di oltre 50.000 anni luce

Una stella di neutroni è un corpo cosmico, che è uno dei possibili risultati dell'evoluzione, costituito principalmente da un nucleo di neutroni ricoperto da una crosta di materia relativamente sottile (∼1 km) sotto forma di nuclei atomici pesanti ed elettroni. Le masse delle stelle di neutroni sono paragonabili a quelle della , ma il raggio tipico di una stella di neutroni è di soli 10-20 chilometri. Pertanto, la densità media della sostanza di un tale oggetto è parecchie volte superiore alla densità del nucleo atomico (che per i nuclei pesanti è in media 2,8·10 17 kg/m³). Un'ulteriore compressione gravitazionale della stella di neutroni è impedita dalla pressione della materia nucleare derivante dall'interazione dei neutroni.

Molte stelle di neutroni hanno velocità di rotazione estremamente elevate, fino a mille rivoluzioni al secondo. Le stelle di neutroni nascono da esplosioni stellari.

Le masse della maggior parte delle stelle di neutroni con masse misurate in modo affidabile sono 1,3-1,5 masse solari, che è vicino al limite di Chandrasekhar. In teoria sono ammesse stelle di neutroni con masse comprese tra 0,1 e circa 2,5 masse solari, ma il valore della massa limite superiore è attualmente noto in modo molto impreciso. Le stelle di neutroni più massicce conosciute sono Vela X-1 (con una massa di almeno 1,88±0,13 masse solari al livello 1σ, che corrisponde a un livello di significatività di α≈34%), PSR J1614-2230ruen (con una stima della massa di 1,97 ±0,04 solare) e PSR J0348+0432ruen (con una stima di massa di 2,01±0,04 solare). La gravità nelle stelle di neutroni è bilanciata dalla pressione del gas di neutroni degenere, il valore massimo della massa di una stella di neutroni è fissato dal limite di Oppenheimer-Volkoff, il cui valore numerico dipende dall'equazione di stato (ancora poco conosciuta); di materia nel nucleo della stella. Ci sono premesse teoriche secondo cui con un aumento ancora maggiore della densità è possibile la degenerazione delle stelle di neutroni in quark.

La struttura di una stella di neutroni.

Il campo magnetico sulla superficie delle stelle di neutroni raggiunge un valore di 10 12 -10 13 G (per confronto, la Terra ha circa 1 G), sono i processi nelle magnetosfere delle stelle di neutroni che sono responsabili dell'emissione radio delle pulsar . Dagli anni '90, alcune stelle di neutroni sono state identificate come magnetar, stelle con campi magnetici dell'ordine di 10 14 G e superiori. Tali campi magnetici (che superano il valore “critico” di 4.414 · 10 · 13 G, al quale l’energia di interazione di un elettrone con un campo magnetico supera la sua energia di riposo mec²) introducono una fisica qualitativamente nuova, poiché specifici effetti relativistici, polarizzazione del vuoto fisico , ecc. diventano significativi.

Nel 2012 erano state scoperte circa 2000 stelle di neutroni. Di loro circa il 90% è single. In totale, nella nostra possono esistere 10 8 -10 9 stelle di neutroni, cioè circa una su mille stelle ordinarie. Le stelle di neutroni sono caratterizzate da un'elevata velocità (solitamente centinaia di km/s). A causa dell'accumulo di materia nuvolosa, la stella di neutroni può essere visibile in questa situazione in diversi intervalli spettrali, compreso quello ottico, che rappresenta circa lo 0,003% dell'energia emessa (corrispondente alla magnitudine 10).

Deflessione gravitazionale della luce (a causa della deflessione relativistica della luce, è visibile più della metà della superficie)

Le stelle di neutroni sono una delle poche classi di oggetti cosmici previsti teoricamente prima della loro scoperta da parte degli osservatori.

Nel 1933, gli astronomi Walter Baade e Fritz Zwicky suggerirono che una stella di neutroni potesse formarsi a seguito dell'esplosione di una supernova. I calcoli teorici dell'epoca mostravano che la radiazione di una stella di neutroni era troppo debole per essere rilevata. L'interesse per le stelle di neutroni si intensificò negli anni '60, quando cominciò a svilupparsi l'astronomia a raggi X, poiché la teoria prevedeva che la loro massima radiazione termica si sarebbe verificata nella regione dei raggi X molli. Tuttavia, inaspettatamente furono scoperti durante le osservazioni radio. Nel 1967, Jocelyn Bell, una studentessa laureata di E. Huish, scoprì oggetti che emettevano impulsi regolari di onde radio. Questo fenomeno è stato spiegato dalla stretta direzionalità del raggio radio proveniente da un oggetto in rapida rotazione, una sorta di "radiofaro cosmico". Ma qualsiasi stella normale collasserebbe a una velocità di rotazione così elevata. Solo le stelle di neutroni erano adatte al ruolo di tali fari. Si ritiene che la pulsar PSR B1919+21 sia la prima stella di neutroni scoperta.

L'interazione di una stella di neutroni con la materia circostante è determinata da due parametri principali e, di conseguenza, dalle loro manifestazioni osservabili: il periodo (velocità) di rotazione e l'entità del campo magnetico. Nel tempo, la stella consuma la sua energia rotazionale e la sua rotazione rallenta. Anche il campo magnetico si indebolisce. Per questo motivo una stella di neutroni può cambiare tipo nel corso della sua vita. Di seguito la nomenclatura delle stelle di neutroni in ordine decrescente di velocità di rotazione, secondo la monografia di V.M. Lipunova. Poiché la teoria delle magnetosfere delle pulsar è ancora in evoluzione, esistono modelli teorici alternativi.

Forti campi magnetici e breve periodo di rotazione. Nel modello più semplice della magnetosfera, il campo magnetico ruota solidamente, cioè con la stessa velocità angolare del corpo della stella di neutroni. Ad un certo raggio, la velocità lineare di rotazione del campo si avvicina alla velocità della luce. Questo raggio è chiamato "raggio del cilindro leggero". Al di là di questo raggio non può esistere un campo dipolare ordinario, quindi le linee di intensità del campo si interrompono in questo punto. Le particelle cariche che si muovono lungo le linee del campo magnetico possono lasciare la stella di neutroni attraverso tali dirupi e volare nello spazio interstellare. Una stella di neutroni di questo tipo “espelle” (dal francese éjecter - espellere, spingere fuori) particelle cariche relativistiche che emettono nella gamma radio. Gli espulsori vengono osservati come pulsar radio.

Elica

La velocità di rotazione non è più sufficiente per l'espulsione delle particelle, quindi una stella del genere non può essere una radiopulsar. Tuttavia, la velocità di rotazione è ancora elevata e la materia che circonda la stella di neutroni catturata dal campo magnetico non può cadere, cioè non si verifica l'accumulo di materia. Le stelle di neutroni di questo tipo non hanno praticamente manifestazioni osservabili e sono poco studiate.

Accretore (pulsar a raggi X)

La velocità di rotazione è ridotta a un livello tale che ormai nulla impedisce alla materia di cadere su una stella di neutroni del genere. La materia in caduta, già allo stato di plasma, si muove lungo le linee del campo magnetico e colpisce la superficie solida del corpo della stella di neutroni nella regione dei suoi poli, riscaldandosi fino a decine di milioni di gradi. La materia riscaldata a temperature così elevate brilla intensamente nella gamma dei raggi X. La regione in cui avviene la collisione della materia in caduta con la superficie del corpo di una stella di neutroni è molto piccola, solo circa 100 metri. A causa della rotazione della stella, questo punto caldo scompare periodicamente dalla vista e si osservano pulsazioni regolari di radiazione a raggi X. Tali oggetti sono chiamati pulsar a raggi X.

Georotatore

La velocità di rotazione di tali stelle di neutroni è bassa e non impedisce l'accrescimento. Ma le dimensioni della magnetosfera sono tali che il plasma viene fermato dal campo magnetico prima di essere catturato dalla gravità. Un meccanismo simile opera nella magnetosfera terrestre, motivo per cui questo tipo di stella di neutroni ha preso il nome.

Magnetar

Una stella di neutroni con un campo magnetico eccezionalmente forte (fino a 10 11 T). L'esistenza teorica delle magnetar fu prevista nel 1992, e la prima prova della loro reale esistenza fu ottenuta nel 1998 osservando un potente lampo di raggi gamma e raggi X proveniente dalla sorgente SGR 1900+14 nella costellazione dell'Aquila. La durata della magnetar è di circa 1.000.000 di anni. Le magnetar hanno il campo magnetico più forte del mondo.

Le magnetar sono un tipo di stella di neutroni poco studiato perché poche sono abbastanza vicine alla Terra. Le magnetar hanno un diametro di circa 20-30 km, ma la maggior parte ha masse superiori a quella del Sole. La magnetar è così compressa che un pisello della sua materia peserebbe più di 100 milioni di tonnellate. La maggior parte delle magnetar conosciute ruotano molto rapidamente, almeno diverse rotazioni attorno al proprio asse al secondo. Osservato nella radiazione gamma vicina ai raggi X, non emette emissioni radio. Il ciclo di vita di una magnetar è piuttosto breve. I loro forti campi magnetici scompaiono dopo circa 10.000 anni, dopodiché cessano la loro attività e l'emissione di raggi X. Secondo un'ipotesi, nella nostra galassia potrebbero essersi formati fino a 30 milioni di magnetar durante la sua intera esistenza. Le magnetar sono formate da stelle massicce con una massa iniziale di circa 40 M☉.

Gli urti generati sulla superficie della magnetar provocano enormi vibrazioni nella stella; le fluttuazioni del campo magnetico che le accompagnano spesso portano a enormi esplosioni di radiazioni gamma, registrate sulla Terra nel 1979, 1998 e 2004.

Nel maggio 2007 si conoscevano dodici magnetar, con altri tre candidati in attesa di conferma. Esempi di magnetar conosciuti:

SGR 1806-20, situato a 50.000 anni luce dalla Terra sul lato opposto della nostra galassia, la Via Lattea, nella costellazione del Sagittario.
SGR 1900+14, distante 20.000 anni luce, situato nella costellazione dell'Aquila. Dopo un lungo periodo di basse emissioni (esplosioni significative solo nel 1979 e nel 1993), divenne attivo nel maggio-agosto 1998 e l'esplosione rilevata il 27 agosto 1998 fu di forza sufficiente per costringere la navicella spaziale NEAR Shoemaker allo spegnimento. per evitare danni. Il 29 maggio 2008, il telescopio Spitzer della NASA ha scoperto anelli di materia attorno a questa magnetar. Si ritiene che questo anello si sia formato a seguito di un'esplosione osservata nel 1998.
1E 1048.1-5937 è una pulsar a raggi X anomala situata a 9000 anni luce di distanza nella costellazione della Carina. La stella da cui si formò la magnetar aveva una massa 30-40 volte maggiore di quella del Sole.
Un elenco completo è riportato nel catalogo magnetar.

Nel settembre 2008, l'ESO riporta l'identificazione di un oggetto inizialmente ritenuto essere una magnetar, SWIFT J195509+261406; è stato originariamente identificato dai lampi di raggi gamma (GRB 070610)

Gli oggetti discussi nell'articolo furono scoperti per caso, sebbene gli scienziati L. D. Landau e R. Oppenheimer ne predissero l'esistenza nel 1930. Stiamo parlando delle stelle di neutroni. Le caratteristiche e le caratteristiche di questi luminari cosmici saranno discusse nell'articolo.

Neutrone e la stella con lo stesso nome

Dopo la previsione negli anni '30 del XX secolo sull'esistenza delle stelle di neutroni e dopo la scoperta del neutrone (1932), Baade V., insieme a Zwicky F., nel 1933, in un congresso di fisici in America, annunciò la possibilità della formazione di un oggetto chiamato stella di neutroni. Questo è un corpo cosmico che appare durante l'esplosione di una supernova.

Tuttavia, tutti i calcoli erano solo teorici, poiché non era possibile dimostrare nella pratica una simile teoria a causa della mancanza di attrezzature astronomiche adeguate e delle dimensioni troppo piccole della stella di neutroni. Ma nel 1960, l’astronomia a raggi X cominciò a svilupparsi. Poi, in modo del tutto inaspettato, grazie alle osservazioni radio furono scoperte stelle di neutroni.

Apertura

L'anno 1967 è stato significativo in questo settore. Bell D., come studente laureato di Huish E., è stato in grado di scoprire un oggetto cosmico: una stella di neutroni. Questo è un corpo che emette radiazioni costanti di impulsi di onde radio. Il fenomeno è stato paragonato a un radiofaro cosmico a causa della stretta direzionalità del raggio radio, proveniente da un oggetto rotante molto veloce. Il fatto è che qualsiasi altra stella standard non sarebbe in grado di mantenere la propria integrità a una velocità di rotazione così elevata. Solo le stelle di neutroni sono in grado di farlo, tra cui la prima scoperta è stata la pulsar PSR B1919+21.

Il destino delle stelle massicce è molto diverso da quelle piccole. In tali apparecchi arriva un momento in cui la pressione del gas non bilancia più le forze gravitazionali. Tali processi portano al fatto che la stella inizia a restringersi (collassare) senza limiti. Con una massa stellare 1,5-2 volte maggiore di quella del Sole, il collasso sarà inevitabile. Durante il processo di compressione, il gas all'interno del nucleo stellare si riscalda. All'inizio tutto avviene molto lentamente.

Crollo

Raggiunta una certa temperatura, un protone può trasformarsi in neutrini, che lasciano immediatamente la stella, portando con sé energia. Il collasso si intensificherà finché tutti i protoni non si trasformeranno in neutrini. Questo crea una pulsar, o stella di neutroni. Questo è un nucleo che crolla.

Durante la formazione di una pulsar, il guscio esterno riceve energia di compressione, che sarà quindi ad una velocità superiore a mille km/sec. gettato nello spazio. Ciò crea un'onda d'urto che può portare alla formazione di nuove stelle. Questo sarà miliardi di volte più grande dell’originale. Dopo questo processo, per un periodo che va da una settimana a un mese, la stella emette luce in una quantità superiore a quella di un'intera galassia. Un corpo celeste di questo tipo è chiamato supernova. La sua esplosione porta alla formazione di una nebulosa. Al centro della nebulosa c'è una pulsar, o stella di neutroni. Questo è il cosiddetto discendente di una stella esplosa.

Visualizzazione

Nelle profondità dell'intero spazio si verificano eventi sorprendenti, tra cui la collisione delle stelle. Grazie ad un sofisticato modello matematico, gli scienziati della NASA sono riusciti a visualizzare il tripudio di enormi quantità di energia e la degenerazione della materia in essa coinvolta. Un'immagine incredibilmente potente di un cataclisma cosmico si svolge davanti agli occhi degli osservatori. La probabilità che si verifichi una collisione di stelle di neutroni è molto alta. L'incontro di due di questi luminari nello spazio inizia con il loro intreccio nei campi gravitazionali. Possedendo una massa enorme, si scambiano abbracci, per così dire. In caso di collisione, si verifica una potente esplosione, accompagnata da un rilascio incredibilmente potente di radiazioni gamma.

Se consideriamo separatamente una stella di neutroni, allora è il resto dell'esplosione di una supernova, il cui ciclo di vita sta finendo. La massa di una stella morente è 8-30 volte maggiore di quella del sole. L'universo è spesso illuminato dalle esplosioni di supernova. La probabilità che si trovino stelle di neutroni nell'universo è piuttosto alta.

Incontro

È interessante notare che quando due stelle si incontrano, lo sviluppo degli eventi non può essere previsto in modo inequivocabile. Una delle opzioni è descritta da un modello matematico proposto dagli scienziati della NASA dello Space Flight Center. Il processo inizia con due stelle di neutroni situate a una distanza di circa 18 km l'una dall'altra nello spazio. Per gli standard cosmici, le stelle di neutroni con una massa pari a 1,5-1,7 volte quella del Sole sono considerate oggetti minuscoli. Il loro diametro varia entro 20 km. A causa di questa discrepanza tra volume e massa, una stella di neutroni ha un forte campo gravitazionale e magnetico. Immagina: un cucchiaino di materia di una stella di neutroni pesa quanto l'intero Monte Everest!

Degenerazione

Le onde gravitazionali incredibilmente elevate di una stella di neutroni attorno ad essa sono la ragione per cui la materia non può esistere sotto forma di singoli atomi, che iniziano a collassare. La materia stessa si trasforma in materia neutronica degenere, in cui la struttura dei neutroni stessi non permetterà alla stella di passare in una singolarità e poi in un buco nero. Se la massa della materia degenere inizia ad aumentare a causa dell'aggiunta ad essa, le forze gravitazionali saranno in grado di superare la resistenza dei neutroni. Quindi nulla impedirà la distruzione della struttura formata a seguito della collisione di oggetti stellari di neutroni.

Modello matematico

Studiando questi oggetti celesti, gli scienziati sono giunti alla conclusione che la densità di una stella di neutroni è paragonabile alla densità della materia nel nucleo di un atomo. I suoi indicatori vanno da 1015 kg/m³ a 1018 kg/m³. Pertanto, l'esistenza indipendente di elettroni e protoni è impossibile. La materia della stella è praticamente composta solo da neutroni.

Il modello matematico creato dimostra come le potenti interazioni gravitazionali periodiche che si verificano tra due stelle di neutroni sfondano il sottile guscio delle due stelle ed espellono enormi quantità di radiazioni (energia e materia) nello spazio che le circonda. Il processo di riavvicinamento avviene molto rapidamente, letteralmente in una frazione di secondo. Come risultato della collisione, si forma un anello toroidale di materia con un buco nero appena nato al centro.

Importante

Modellare tali eventi è importante. Grazie a loro, gli scienziati sono stati in grado di capire come si formano una stella di neutroni e un buco nero, cosa succede quando le stelle si scontrano, come nascono e muoiono le supernove e molti altri processi nello spazio. Tutti questi eventi sono all'origine della comparsa degli elementi chimici più pesanti dell'Universo, addirittura più pesanti del ferro, che non possono formarsi in nessun altro modo. Ciò indica l'importantissima importanza delle stelle di neutroni in tutto l'Universo.

La rotazione di un oggetto celeste di enorme volume attorno al proprio asse è sorprendente. Questo processo provoca il collasso, ma allo stesso tempo la massa della stella di neutroni rimane praticamente la stessa. Se immaginiamo che la stella continuerà a contrarsi, allora, secondo la legge di conservazione del momento angolare, la velocità angolare di rotazione della stella aumenterà fino a valori incredibili. Se una stella impiegasse circa 10 giorni per completare una rivoluzione completa, di conseguenza completerà la stessa rivoluzione in 10 millisecondi! Questi sono processi incredibili!

Sviluppo del collasso

Gli scienziati stanno studiando tali processi. Forse assisteremo a nuove scoperte che ci sembrano ancora fantastiche! Ma cosa potrebbe accadere se immaginiamo ulteriormente lo sviluppo del crollo? Per rendere più facile l’immaginazione, prendiamo come confronto la coppia stella di neutroni/Terra e i loro raggi gravitazionali. Quindi, con la compressione continua, una stella può raggiungere uno stato in cui i neutroni iniziano a trasformarsi in iperoni. Il raggio del corpo celeste diventerà così piccolo che vedremo un pezzo di un corpo superplanetario con la massa e il campo gravitazionale di una stella. Questo può essere paragonato a come se la Terra diventasse grande quanto una pallina da ping-pong e il raggio gravitazionale del nostro luminare, il Sole, fosse pari a 1 km.

Se immaginiamo che un piccolo grumo di materia stellare abbia l'attrazione di un'enorme stella, allora è in grado di trattenere vicino a sé un intero sistema planetario. Ma la densità di un corpo celeste del genere è troppo alta. I raggi di luce smettono gradualmente di attraversarlo, il corpo sembra spegnersi, cessa di essere visibile agli occhi. Solo il campo gravitazionale non cambia, il che avverte che qui c'è un buco gravitazionale.

Scoperte e osservazioni

La prima volta che sono state registrate fusioni di stelle di neutroni è stata abbastanza recente: il 17 agosto. Due anni fa è stata rilevata una fusione di buchi neri. Si tratta di un evento così importante nel campo dell'astrofisica che le osservazioni sono state effettuate contemporaneamente da 70 osservatori spaziali. Gli scienziati hanno potuto verificare la correttezza delle ipotesi sui lampi di raggi gamma; hanno potuto osservare la sintesi degli elementi pesanti precedentemente descritti dai teorici.

Questa osservazione diffusa del lampo di raggi gamma, delle onde gravitazionali e della luce visibile ha permesso di determinare la regione del cielo in cui si è verificato l'evento significativo e la galassia in cui si trovavano queste stelle. Questa è NGC 4993.

Naturalmente, gli astronomi osservano quelli brevi da molto tempo, ma fino ad ora non potevano dire con certezza la loro origine. Dietro la teoria principale c'era una versione della fusione di stelle di neutroni. Ora è stato confermato.

Per descrivere una stella di neutroni usando la matematica, gli scienziati si rivolgono all’equazione di stato che mette in relazione la densità con la pressione della materia. Tuttavia, ci sono molte di queste opzioni e gli scienziati semplicemente non sanno quale di quelle esistenti sarà corretta. Si spera che le osservazioni gravitazionali possano aiutare a risolvere questo problema. Al momento il segnale non ha dato una risposta chiara, ma aiuta già a stimare la forma della stella, che dipende dall'attrazione gravitazionale verso il secondo corpo (stella).

STELLA DI NEUTRONI
una stella composta principalmente da neutroni. Un neutrone è una particella subatomica neutra, uno dei componenti principali della materia. L'ipotesi sull'esistenza delle stelle di neutroni fu avanzata dagli astronomi W. Baade e F. Zwicky subito dopo la scoperta del neutrone nel 1932. Ma questa ipotesi fu confermata dalle osservazioni solo dopo la scoperta delle pulsar nel 1967.
Guarda anche PULSARE. Le stelle di neutroni si formano a seguito del collasso gravitazionale di stelle normali con masse molte volte maggiori di quella del Sole. La densità di una stella di neutroni è vicina alla densità di un nucleo atomico, cioè 100 milioni di volte superiore alla densità della materia ordinaria. Pertanto, con la sua enorme massa, una stella di neutroni ha un raggio di soli ca. 10 km. A causa del piccolo raggio di una stella di neutroni, la forza di gravità sulla sua superficie è estremamente elevata: circa 100 miliardi di volte superiore a quella terrestre. Questa stella è preservata dal collasso dalla “pressione di degenerazione” della densa materia di neutroni, che non dipende dalla sua temperatura. Tuttavia, se la massa di una stella di neutroni diventa superiore a circa 2 masse solari, la forza di gravità supererà questa pressione e la stella non sarà in grado di resistere al collasso.
Guarda anche COLLASSO GRAVITAZIONALE. Le stelle di neutroni hanno un campo magnetico molto forte, che sulla superficie raggiunge i 10 12-10 13 G (per confronto: la Terra ne ha circa 1 G). Due diversi tipi di oggetti celesti sono associati alle stelle di neutroni.
Pulsar (radiopulsar). Questi oggetti emettono impulsi di onde radio rigorosamente regolarmente. Il meccanismo della radiazione non è del tutto chiaro, ma si ritiene che una stella di neutroni rotante emetta un raggio radio nella direzione associata al suo campo magnetico, il cui asse di simmetria non coincide con l'asse di rotazione della stella. Pertanto, la rotazione provoca una rotazione del raggio radio, che viene periodicamente diretto verso la Terra.
La radiografia raddoppia. Sorgenti di raggi X pulsanti sono anche associate a stelle di neutroni che fanno parte di un sistema binario con una stella normale massiccia. In tali sistemi, il gas dalla superficie di una stella normale cade su una stella di neutroni, accelerando a velocità enorme.
Quando colpisce la superficie di una stella di neutroni, il gas rilascia il 10-30% della sua energia a riposo, mentre durante le reazioni nucleari questa cifra non raggiunge l'1%. La superficie di una stella di neutroni riscaldata ad alta temperatura diventa una sorgente di radiazione a raggi X. Tuttavia, la caduta del gas non avviene in modo uniforme su tutta la superficie: il forte campo magnetico di una stella di neutroni cattura il gas ionizzato che cade e lo dirige verso i poli magnetici, dove cade, come in un imbuto. Pertanto, solo le regioni polari diventano molto calde e su una stella rotante diventano sorgenti di impulsi di raggi X. Gli impulsi radio di una stella del genere non vengono più ricevuti, poiché le onde radio vengono assorbite nel gas che la circonda. Composto.

La densità di una stella di neutroni aumenta con la profondità. Sotto lo strato di atmosfera, spesso solo pochi centimetri, si trova un guscio di metallo liquido spesso diversi metri, e sotto c'è una crosta solida spessa un chilometro. La sostanza della corteccia assomiglia al metallo comune, ma è molto più densa. Nella parte esterna della corteccia è prevalentemente ferro; Con la profondità aumenta la percentuale di neutroni nella sua composizione. Dove la densità raggiunge ca. 4*10 11 g/cm3, la proporzione dei neutroni aumenta così tanto che alcuni di essi non fanno più parte dei nuclei, ma formano un mezzo continuo. Lì, la sostanza è come un “mare” di neutroni ed elettroni, in cui sono intervallati i nuclei degli atomi. E con una densità di ca. 2*10 14 g/cm3 (densità del nucleo atomico), i singoli nuclei scompaiono del tutto e ciò che rimane è un “liquido” continuo di neutroni con una miscela di protoni ed elettroni. È probabile che neutroni e protoni si comportino come un liquido superfluido, simile all'elio liquido e ai metalli superconduttori nei laboratori terrestri.
Guarda anche
A densità ancora più elevate, le forme più insolite di materia si formano in una stella di neutroni. Forse neutroni e protoni decadono in particelle ancora più piccole: i quark; È anche possibile che nascano molti mesoni pi, che formano il cosiddetto condensato di pioni.
PARTICELLE ELEMENTARI;
SUPERCONDUTTIVITÀ;
SUPERFLUIDITÀ.
LETTERATURA

Dyson F., Ter Haar D. Stelle di neutroni e pulsar. M., 1973 Lipunov V.M. Astrofisica delle stelle di neutroni. M., 1987. 2000 .

Enciclopedia di Collier. - Società aperta

STELLA DI NEUTRONI, stella molto piccola ad alta densità, costituita da NEUTRONI. È l'ultimo stadio nell'evoluzione di molte stelle. Le stelle di neutroni si formano quando una stella massiccia esplode come una supernova, facendo esplodere la sua... ... Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico

Una stella la cui materia, secondo i concetti teorici, è costituita principalmente da neutroni. La neutronizzazione della materia è associata al collasso gravitazionale di una stella dopo l'esaurimento del suo combustibile nucleare. La densità media delle stelle di neutroni è 2,1017... Grande dizionario enciclopedico

La struttura di una stella di neutroni. Una stella di neutroni è un oggetto astronomico che è uno dei prodotti finali... Wikipedia

Una stella la cui materia, secondo i concetti teorici, è costituita principalmente da neutroni. La densità media di una stella di questo tipo è Stella di neutroni 2·1017 kg/m3, il raggio medio è di 20 km. Rilevato da emissione radio pulsata, vedi Pulsar... Dizionario astronomico

Una stella la cui materia, secondo i concetti teorici, è costituita principalmente da neutroni. La neutronizzazione della materia è associata al collasso gravitazionale di una stella dopo l'esaurimento del suo combustibile nucleare. Densità media di una stella di neutroni... ... Dizionario enciclopedico

Una stella in equilibrio idrostatico, in cui consiste principalmente lo sciame dai neutroni. Formato a seguito della trasformazione di protoni in neutroni sotto forze gravitazionali. collasso negli stadi finali dell'evoluzione di stelle abbastanza massicce (con una massa molte volte maggiore di... ... Scienze naturali. Dizionario enciclopedico

Stella di neutroni- uno degli stadi dell'evoluzione delle stelle, quando, a seguito del collasso gravitazionale, viene compresso a dimensioni così piccole (il raggio della palla è di 10-20 km) che gli elettroni vengono premuti nei nuclei degli atomi e neutralizzati la loro carica, tutta la materia della stella diventa... ... Gli inizi della scienza naturale moderna

Stella di neutroni di Culver. È stato scoperto dagli astronomi della Pennsylvania State University negli Stati Uniti e della canadese McGill University nella costellazione dell'Orsa Minore. La stella è insolita nelle sue caratteristiche ed è diversa da qualsiasi altra... ... Wikipedia

- (stella fuggitiva inglese) una stella che si muove ad una velocità anormalmente elevata rispetto al mezzo interstellare circostante. Il moto proprio di una tale stella è spesso indicato proprio in relazione all'associazione stellare, di cui fa parte... ... Wikipedia

L'ipotesi sull'esistenza delle stelle di neutroni fu avanzata dagli astronomi W. Baade e F. Zwicky subito dopo la scoperta del neutrone nel 1932. Ma questa ipotesi fu confermata dalle osservazioni solo dopo la scoperta delle pulsar nel 1967.

Le stelle di neutroni si formano a seguito del collasso gravitazionale di stelle normali con masse molte volte maggiori di quella del Sole. La densità di una stella di neutroni è vicina alla densità di un nucleo atomico, cioè 100 milioni di volte superiore alla densità della materia ordinaria. Pertanto, con la sua enorme massa, una stella di neutroni ha un raggio di soli ca. 10 km.

A causa del piccolo raggio di una stella di neutroni, la forza di gravità sulla sua superficie è estremamente elevata: circa 100 miliardi di volte superiore a quella terrestre. Ciò che impedisce a questa stella di collassare è la “pressione di degenerazione” della densa materia di neutroni, che non dipende dalla sua temperatura. Tuttavia, se la massa di una stella di neutroni diventa superiore a circa 2 masse solari, la forza di gravità supererà questa pressione e la stella non sarà in grado di resistere al collasso.

Le stelle di neutroni hanno un campo magnetico molto forte, che sulla superficie raggiunge i 10 12 –10 13 G (per confronto: la Terra ha circa 1 G). Due diversi tipi di oggetti celesti sono associati alle stelle di neutroni.

Pulsare

(radiopulsar). Questi oggetti emettono impulsi di onde radio rigorosamente regolarmente. Il meccanismo della radiazione non è del tutto chiaro, ma si ritiene che una stella di neutroni rotante emetta un raggio radio nella direzione associata al suo campo magnetico, il cui asse di simmetria non coincide con l'asse di rotazione della stella. Pertanto, la rotazione provoca una rotazione del raggio radio, che viene periodicamente diretto verso la Terra.

La radiografia raddoppia.

Sorgenti di raggi X pulsanti sono anche associate a stelle di neutroni che fanno parte di un sistema binario con una stella normale massiccia. In tali sistemi, il gas dalla superficie di una stella normale cade su una stella di neutroni, accelerando a velocità enorme. Quando colpisce la superficie di una stella di neutroni, il gas rilascia il 10–30% della sua energia a riposo, mentre durante le reazioni nucleari questa cifra non raggiunge l'1%. La superficie di una stella di neutroni riscaldata ad alta temperatura diventa una sorgente di radiazione a raggi X. Tuttavia, la caduta del gas non avviene in modo uniforme su tutta la superficie: il forte campo magnetico di una stella di neutroni cattura il gas ionizzato che cade e lo dirige verso i poli magnetici, dove cade, come in un imbuto. Pertanto, solo le regioni polari diventano molto calde e su una stella rotante diventano sorgenti di impulsi di raggi X. Gli impulsi radio di una stella del genere non vengono più ricevuti, poiché le onde radio vengono assorbite nel gas che la circonda.

Composto.

La densità di una stella di neutroni aumenta con la profondità. Sotto lo strato di atmosfera, spesso solo pochi centimetri, si trova un guscio di metallo liquido spesso diversi metri, e sotto c'è una crosta solida spessa un chilometro. La sostanza della corteccia assomiglia al metallo comune, ma è molto più densa. Nella parte esterna della corteccia è prevalentemente ferro; Con la profondità aumenta la percentuale di neutroni nella sua composizione. Dove la densità raggiunge ca. 4H 10 11 g/cm 3 , la proporzione dei neutroni aumenta così tanto che alcuni di essi non fanno più parte dei nuclei, ma formano un mezzo continuo. Lì, la sostanza è come un “mare” di neutroni ed elettroni, in cui sono intervallati i nuclei degli atomi. E con una densità di ca. 2H 10 14 g/cm 3 (densità del nucleo atomico), i singoli nuclei scompaiono del tutto e ciò che rimane è un “liquido” continuo di neutroni con una miscela di protoni ed elettroni. È probabile che neutroni e protoni si comportino come un liquido superfluido, simile all'elio liquido e ai metalli superconduttori nei laboratori terrestri.

introduzione

Nel corso della sua storia, l’umanità non ha smesso di cercare di comprendere l’universo. L'universo è la totalità di tutto ciò che esiste, tutte le particelle materiali dello spazio tra queste particelle. Secondo le idee moderne, l'età dell'Universo è di circa 14 miliardi di anni.

La dimensione della parte visibile dell'universo è di circa 14 miliardi di anni luce (un anno luce è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un anno). Alcuni scienziati stimano che l’estensione dell’universo sia pari a 90 miliardi di anni luce. Per rendere conveniente operare su distanze così grandi, viene utilizzato un valore chiamato Parsec. Un parsec è la distanza dalla quale è visibile il raggio medio dell'orbita terrestre, perpendicolare alla linea di vista, con un angolo di un secondo d'arco. 1 parsec = 3,2616 anni luce.

Nell'universo esiste un numero enorme di oggetti diversi, i cui nomi sono familiari a molti, come pianeti e satelliti, stelle, buchi neri, ecc. Le stelle sono molto diverse per luminosità, dimensioni, temperatura e altri parametri. Le stelle includono oggetti come nane bianche, stelle di neutroni, giganti e supergiganti, quasar e pulsar. I centri delle galassie sono di particolare interesse. Secondo le idee moderne, il ruolo di un oggetto situato al centro della galassia è adatto a un buco nero. I buchi neri sono prodotti dell'evoluzione delle stelle, unici nelle loro proprietà. L'affidabilità sperimentale dell'esistenza dei buchi neri dipende dalla validità della teoria generale della relatività.

Oltre alle galassie, l’universo è pieno di nebulose (nubi interstellari costituite da polvere, gas e plasma), radiazione cosmica di fondo a microonde che permea l’intero universo e altri oggetti poco studiati.

Stelle di neutroni

Una stella di neutroni è un oggetto astronomico, che è uno dei prodotti finali dell'evoluzione delle stelle, costituito principalmente da un nucleo di neutroni ricoperto da una crosta di materia relativamente sottile (? 1 km) sotto forma di nuclei atomici pesanti ed elettroni. Le masse delle stelle di neutroni sono paragonabili alla massa del Sole, ma il raggio tipico è di soli 10-20 chilometri. Pertanto, la densità media della materia di una stella del genere è parecchie volte superiore alla densità del nucleo atomico (che per i nuclei pesanti è in media 2,8 * 1017 kg/m²). Un'ulteriore compressione gravitazionale della stella di neutroni è impedita dalla pressione della materia nucleare derivante dall'interazione dei neutroni.

Molte stelle di neutroni hanno velocità di rotazione estremamente elevate, fino a migliaia di rivoluzioni al secondo. Si ritiene che le stelle di neutroni nascano durante le esplosioni di supernova.

Le forze gravitazionali nelle stelle di neutroni sono bilanciate dalla pressione del gas di neutroni degenere, il valore massimo della massa di una stella di neutroni è fissato dal limite di Oppenheimer-Volkoff, il cui valore numerico dipende dall'equazione (ancora poco conosciuta) dello stato della materia nel nucleo della stella. Ci sono premesse teoriche secondo cui con un aumento ancora maggiore della densità è possibile la degenerazione delle stelle di neutroni in quark.

Il campo magnetico sulla superficie delle stelle di neutroni raggiunge un valore di 1012-1013 G (Gauss è un'unità di misura dell'induzione magnetica), e sono i processi nelle magnetosfere delle stelle di neutroni che sono responsabili dell'emissione radio delle pulsar. Dagli anni ’90, alcune stelle di neutroni sono state identificate come magnetar, stelle con campi magnetici dell’ordine di 1014 Gauss o superiori. Tali campi (che superano il valore “critico” di 4.414 1013 G, al quale l’energia di interazione di un elettrone con un campo magnetico supera la sua energia di riposo) introducono una fisica qualitativamente nuova, poiché specifici effetti relativistici, polarizzazione del vuoto fisico, ecc. diventare significativo.

Classificazione delle stelle di neutroni

Due parametri principali che caratterizzano l'interazione delle stelle di neutroni con la materia circostante e, di conseguenza, le loro manifestazioni osservative sono il periodo di rotazione e l'entità del campo magnetico. Nel tempo, la stella consuma la sua energia di rotazione e il suo periodo di rotazione aumenta. Anche il campo magnetico si indebolisce. Per questo motivo una stella di neutroni può cambiare tipo nel corso della sua vita.

Eiettore (pulsar radio) - forti campi magnetici e breve periodo di rotazione. Nel modello più semplice della magnetosfera, il campo magnetico ruota solidamente, cioè con la stessa velocità angolare della stella di neutroni stessa. Ad un certo raggio, la velocità lineare di rotazione del campo si avvicina alla velocità della luce. Questo raggio è chiamato raggio del cilindro leggero. Al di là di questo raggio non può esistere un campo dipolare ordinario, quindi le linee di intensità del campo si interrompono in questo punto. Le particelle cariche che si muovono lungo le linee del campo magnetico possono lasciare la stella di neutroni attraverso tali dirupi e volare via verso l'infinito. Una stella di neutroni di questo tipo espelle (vomita fuori) particelle cariche relativistiche che emettono nella gamma radio. Per un osservatore, gli espulsori sembrano radio pulsar.

Elica: la velocità di rotazione non è più sufficiente per l'espulsione delle particelle, quindi una stella del genere non può essere una pulsar radio. Tuttavia, è ancora grande e la materia che circonda la stella di neutroni catturata dal campo magnetico non può cadere, cioè non si verifica l'accrescimento della materia. Le stelle di neutroni di questo tipo non hanno praticamente manifestazioni osservabili e sono poco studiate.

Accretore (pulsar a raggi X): la velocità di rotazione è ridotta a tal punto che ora nulla impedisce alla materia di cadere su una stella di neutroni di questo tipo. Il plasma, cadendo, si muove lungo le linee del campo magnetico e colpisce una superficie solida nella regione dei poli della stella di neutroni, riscaldandosi fino a decine di milioni di gradi. La materia riscaldata a temperature così elevate brilla nella gamma dei raggi X. La regione in cui la materia in caduta si scontra con la superficie della stella è molto piccola, solo circa 100 metri. A causa della rotazione della stella, questo punto caldo scompare periodicamente dalla vista, cosa che l'osservatore percepisce come pulsazioni. Tali oggetti sono chiamati pulsar a raggi X.

Georotatore: la velocità di rotazione di tali stelle di neutroni è bassa e non impedisce l'accrescimento. Ma le dimensioni della magnetosfera sono tali che il plasma viene fermato dal campo magnetico prima di essere catturato dalla gravità. Un meccanismo simile opera nella magnetosfera terrestre, motivo per cui questo tipo ha preso il nome.