Neutron Stars: Definition og fakta

Neutron Star Creation

Neutronstjerner skabes, når kæmpestjerner dør i supernovaer, og deres kerner bryder sammen, hvor protoner og elektroner i det væsentlige smelter ind i hinanden for at danne neutroner. (Billedkredit: NASA / Dana Berry)



Neutronstjerner er stjernestørrelser i bystørrelse med en masse omkring 1,4 gange solens. Disse små objekter er født af en anden, større stjernes eksplosive død og pakker ganske meget. Lad os se på, hvad de er, hvordan de dannes, og hvordan de varierer.



En stjernefønix

Når stjerner fire til otte gange så massive som solen eksploderer i en voldsom supernova, kan deres ydre lag blæse af i et ofte spektakulært display og efterlade en lille, tæt kerne, der fortsætter med at kollapse. Tyngdekraften presser materialet ind i sig selv så tæt, at protoner og elektroner kombineres til dannelse af neutroner, hvilket giver navnet 'neutronstjerne'. [Supernova -fotos: Store billeder af stjerneeksplosioner]

Neutronstjerner pakker deres masse inden for en diameter på 20 kilometer (12,4 miles). De er sådan tæt at en enkelt teske ville veje en milliard tons - forudsat at du på en eller anden måde formåede at fange en prøve uden at blive fanget af kroppens stærke tyngdekraft. I gennemsnit er tyngdekraften på en neutronstjerne 2 milliarder gange stærkere end tyngdekraften på Jorden. Faktisk er det stærkt nok til betydeligt at bøje stråling fra stjernen i en proces kendt som gravitationslinser, så astronomer kan se nogle af stjernens bagside.



Kraften fra supernovaen, der fødte den, giver stjernen en ekstremt hurtig rotation, hvilket får den til at dreje flere gange på et sekund. Neutronstjerner kan dreje så hurtigt som 43.000 gange i minuttet og gradvist bremse over tid.

Åbn Star Cluster Messier 50

Hvis en neutronstjerne er en del af et binært system, der overlevede den dødelige eksplosion fra dens supernova (eller hvis den fangede en forbipasserende ledsager), kan tingene blive endnu mere interessante. Hvis den anden stjerne er mindre massiv end solen, trækker den masse fra sin ledsager ind i en Roche-lap, en ballonlignende sky af materiale, der kredser om neutronstjernen. Ledsagerstjerner op til 10 gange solens masse skaber lignende masseoverførsler, der er mere ustabile og ikke holder så længe.



Stjerner mere end 10 gange så massive som solen overfører materiale i form af stjernevind. Materialet flyder langs neutronstjernens magnetiske poler og skaber røntgenpulsationer, når det opvarmes.

I 2010 var cirka 1.800 pulsarer blevet identificeret gennem radiodetektering, med yderligere 70 fundet af gammastråler. Nogle pulsarer har endda planeter i kredsløb om dem - og nogle kan blive til planeter.

Typer af neutronstjerner

Nogle neutronstjerner har stråler af materialer, der strømmer ud af dem med næsten lysets hastighed. Når disse bjælker panorerer forbi Jorden, blinker de som et fyrtårns pære. Forskere kaldte dem pulsarer efter deres pulserende udseende.Normale pulsarer drejer mellem 0,1 og 60 gange i sekundet, mens millisekund pulsarer kan resultere i hele 700 gange i sekundet.



Når røntgenpulsarer fanger materialet, der strømmer fra mere massive ledsagere, interagerer det materiale med magnetfeltet for at producere kraftfulde stråler, der kan ses i radio-, optisk-, røntgen- eller gammastrålespektret. Fordi deres primære strømkilde kommer fra materialet fra deres ledsager, kaldes de ofte for 'tilførselsdrevne pulsarer'. 'Spin-drevne pulsarer' drives af stjernernes rotation, da elektroner med høj energi interagerer med pulsarens magnetfelt over deres poler. Unge neutronstjerner, inden de afkøles, kan også producere pulser af røntgenstråler, når nogle dele er varmere end andre.

Efterhånden som materiale i en pulsar accelererer inden for magnetosfæren i en pulsar, producerer neutronstjernen gammastråleemission. Overførsel af energi i disse gammastrålingspulsarer bremser stjernens spin.

Pulsars flimren er så forudsigelig, at forskere overvejer at bruge dem til rumfartsnavigation.

'Nogle af disse millisekundspulsarer er ekstremt regelmæssige, urlignende regelmæssige,' fortalte Keith Gendreau fra NASAs Goddard Space Flight Center i Maryland til pressemedlemmer i 2018.

'Vi bruger disse pulsarer på samme måde som vi bruger atomure i et GPS -navigationssystem,' sagde Gendreau.

Den gennemsnitlige neutronstjerne kan prale af et kraftfuldt magnetfelt. Jordens magnetfelt er omkring 1 gauss, og solens er omkring et par hundrede gauss, ifølge astrofysiker Paul Sutter. Men en neutronstjerne har et billion-gauss magnetfelt.

Magnetarer har magnetfelter tusinde gange stærkere end den gennemsnitlige neutronstjerne. Det resulterende træk får stjernen til at tage længere tid at rotere.

'Det sætter magnetarer på nummer 1 -pladsen, regerende mestre i den universelle' stærkeste magnetfelt' -konkurrence, 'sagde Sutter. 'Tallene er der, men det er svært at vikle vores hjerner om dem.'

Disse marker ødelægger deres lokale miljøer, hvor atomer strækker sig i blyantstynde stænger nær magnetarer. De tætte stjerner kan også drive udbrud af højintensitetsstråling.

'Kom for tæt på en (f.eks. Inden for 1.000 kilometer eller ca. 600 miles), og magnetfelterne er stærke nok til ikke at forstyrre din bioelektricitet - hvilket gør dine nerveimpulser sjovt ubrugelige - men din meget molekylære struktur,' Sagde Sutter . 'I en magnetarfelt opløses du bare ...'.

Med den højeste tæthed af et kendt rumobjekt kan neutronstjerner stråle stråling hen over galaksen.

Med den højeste tæthed af et kendt rumobjekt kan neutronstjerner stråle stråling hen over galaksen.(Billedkredit: af Karl Tate, Infographics Artist)

Knusende stjerner

Som normale stjerner kan to neutronstjerner kredser om hinanden. Hvis de er tæt nok, kan de endda spiral indad til deres undergang i et intenst fænomen kendt som en ' kilonova . '

Kollisionen mellem to neutronstjerner fik bølger til at høre 'rundt om i verden i 2017, da forskere opdagede tyngdebølger og lys fra den samme kosmiske smashup. Forskningen gav også det første solide bevis på, at neutronstjernekollisioner er kilden til meget af universets guld, platin og andre tunge grundstoffer.

'Oprindelsen af ​​de virkelig tungeste kemiske grundstoffer i universet har forvirret det videnskabelige samfund i ret lang tid,' sagde Hans-Thomas Janka, seniorforsker ved MPA, i en erklæring . 'Nu har vi det første observationsbevis for neutronstjernefusioner som kilder; faktisk kunne de godt være hovedkilden til r-proceselementerne, 'som er elementer, der er tungere end jern, som guld og platin.

Den kraftige kollision frigjorde enorme mængder lys og skabte gravitationsbølger, der krøllede gennem universet. Men hvad der skete med de to objekter efter deres smashup er stadig et mysterium.

'Vi ved faktisk ikke, hvad der skete med objekterne til sidst,' sagde David Shoemaker, seniorforsker ved MIT og en talsmand for LIGO Scientific Collaboration, på et pressemøde i 2017. 'Vi ved ikke, om det er et sort hul, en neutronstjerne eller noget andet.'

Observationerne menes at være de første af mange, der kommer.

'Vi forventer, at flere neutronstjernefusioner snart vil blive observeret, og at observationsdataene fra disse begivenheder vil afsløre mere om materiens interne struktur,' siger hovedforfatter Andreas Bauswein fra Heidelberg Institute for Theoretical Studies i Tyskland, i en udmelding .

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