Konsep bintang neutron
Konsep bintang neutron bukanlah hal baru: saran pertama tentang kemungkinan keberadaan mereka dibuat oleh astronom berbakat Fritz Zwicky dan Walter Baarde dari California pada tahun 1934. (Sedikit lebih awal, pada tahun 1932, kemungkinan keberadaan bintang neutron diprediksi oleh ilmuwan Soviet terkenal L. D. Landau.) Pada akhir tahun 1930-an, ia menjadi subjek penelitian oleh ilmuwan Amerika lainnya Oppenheimer dan Volkov. Ketertarikan para fisikawan ini dalam masalah ini disebabkan oleh keinginan untuk menentukan tahap akhir evolusi bintang yang berkontraksi masif. Karena peran dan signifikansi supernova terungkap sekitar waktu yang sama, ada anggapan bahwa bintang neutron bisa menjadi sisa ledakan supernova. Sayangnya, dengan pecahnya Perang Dunia Kedua, perhatian para ilmuwan beralih ke kebutuhan militer dan studi rinci ini baru dan derajat tertinggi benda misterius ditangguhkan. Kemudian, pada tahun 50-an, studi tentang bintang neutron dilanjutkan secara teoritis murni untuk menentukan apakah mereka relevan dengan masalah kelahiran. unsur kimia di wilayah tengah bintang.tetap menjadi satu-satunya objek astrofisika yang keberadaan dan sifatnya diprediksi jauh sebelum penemuannya.
Pada awal 1960-an, pembukaan sumber luar angkasa Sinar-X sangat menggembirakan bagi mereka yang menganggap bintang neutron sebagai sumber sinar-X angkasa yang mungkin. Pada akhir tahun 1967 telah ditemukan kelas baru benda langit - pulsar, yang membuat para ilmuwan kebingungan. Penemuan ini adalah yang paling acara penting dalam studi bintang neutron, karena itu kembali menimbulkan pertanyaan tentang asal usul sinar-X kosmik. Berbicara tentang bintang neutron, harus diingat bahwa karakter fisik didirikan secara teoritis dan sangat hipotetis, karena kondisi fisik yang ada di tubuh ini tidak dapat direproduksi dalam percobaan laboratorium.
Sifat-sifat bintang neutron
Yang sangat menentukan sifat-sifat bintang neutron adalah gaya gravitasi. Menurut berbagai perkiraan, diameter bintang neutron adalah 10-200 km. Dan ini tidak penting konsep ruang volumenya "diisi" dengan sejumlah zat yang bisa tubuh surgawi, mirip dengan Matahari, dengan diameter sekitar 1,5 juta km, dan massanya hampir sepertiga juta kali lebih berat dari Bumi! Konsekuensi alami dari konsentrasi materi seperti itu luar biasa kepadatan tinggi bintang neutron. Bahkan, ternyata sangat padat bahkan bisa menjadi padat. Gravitasi bintang neutron begitu besar sehingga berat seseorang di sana sekitar satu juta ton. Perhitungan menunjukkan bahwa bintang neutron sangat termagnetisasi. Menurut perkiraan, medan magnet bintang neutron bisa mencapai 1 juta km. juta gauss, sedangkan di bumi 1 gauss. Jari-jari bintang neutron menempuh jarak sekitar 15 km, dan massanya sekitar 0,6 - 0,7 massa matahari. lapisan luar adalah magnetosfer yang terdiri dari elektron yang dijernihkan dan plasma nuklir, yang ditembus oleh medan magnet bintang yang kuat. Di sinilah sinyal radio lahir, yaitu tanda pulsar. Partikel bermuatan sangat cepat, bergerak dalam spiral di sepanjang magnet garis kekuatan, menimbulkan berbeda jenis radiasi. Dalam beberapa kasus, radiasi terjadi dalam jangkauan radio spektrum elektromagnetik, di lain - radiasi pada frekuensi tinggi.Kepadatan bintang neutron
Hampir segera di bawah magnetosfer, kerapatan materi mencapai 1 t/cm3, yaitu 100.000 kali kepadatan lebih kelenjar. Lapisan terluar selanjutnya memiliki ciri-ciri logam. Lapisan materi "superhard" ini berbentuk kristal. Kristal tersusun dari inti atom massa atom 26 - 39 dan 58 - 133. Kristal ini sangat kecil: untuk menempuh jarak 1 cm, Anda perlu menyusun sekitar 10 miliar kristal dalam satu garis. Kepadatan di lapisan ini lebih dari 1 juta kali lebih tinggi daripada di lapisan luar, atau sebaliknya, 400 miliar kali lebih tinggi dari kepadatan besi.Bergerak lebih jauh menuju pusat bintang, kita melintasi lapisan ketiga. Ini termasuk daerah inti berat seperti kadmium, tetapi juga kaya akan neutron dan elektron. Kepadatan lapisan ketiga adalah 1.000 kali lebih besar dari yang sebelumnya. Menembus lebih dalam ke bintang neutron, kita mencapai lapisan keempat, sementara kepadatannya sedikit meningkat - sekitar lima kali lipat. Namun demikian, dengan kepadatan seperti itu, inti tidak dapat lagi mempertahankan integritas fisiknya: mereka meluruh menjadi neutron, proton, dan elektron. Kebanyakan materi berupa neutron. Ada 8 neutron untuk setiap elektron dan proton. Lapisan ini, pada dasarnya, dapat dianggap sebagai cairan neutron yang "tercemar" oleh elektron dan proton. Di bawah lapisan ini adalah inti dari bintang neutron. Di sini kepadatannya sekitar 1,5 kali lebih besar daripada di lapisan atasnya. Namun, bahkan peningkatan kecil dalam kepadatan ini menyebabkan partikel-partikel di inti bergerak lebih cepat daripada di lapisan lain mana pun. Energi kinetik pergerakan neutron bercampur dengan sejumlah kecil proton dan elektron begitu besar sehingga selalu ada tumbukan tidak elastis partikel. Dalam proses tumbukan, semua diketahui dalam fisika nuklir partikel dan resonansi, yang jumlahnya lebih dari seribu. Kemungkinan besar, ada jumlah besar partikel yang belum kita ketahui.
Suhu bintang neutron
Suhu bintang neutron relatif tinggi. Hal ini diharapkan, mengingat bagaimana mereka muncul. Selama 10 - 100 ribu tahun pertama keberadaan bintang, suhu inti menurun hingga beberapa ratus juta derajat. Kemudian datang fase baru, ketika suhu inti bintang perlahan menurun akibat emisi radiasi elektromagnetik.Produk akhir dari evolusi bintang disebut bintang neutron. Ukuran dan berat mereka sangat menakjubkan! Memiliki ukuran diameter hingga 20 km, namun beratnya seperti . Kepadatan materi dalam bintang neutron berkali-kali lebih besar daripada kerapatan inti atom. Bintang neutron muncul selama ledakan supernova.
Bintang neutron yang paling dikenal memiliki massa sekitar 1,44 massa matahari. dan sama dengan batas massa Chandrasekhar. Tetapi secara teoritis mungkin bahwa mereka dapat memiliki hingga 2,5 massa. Benda terberat yang ditemukan hingga saat ini memiliki berat 1,88 . massa matahari, dan itu disebut - Vele X-1, dan yang kedua dengan massa 1,97 Solar - PSR J1614-2230. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam kepadatan, bintang berubah menjadi quark.
Medan magnet bintang neutron sangat kuat dan mencapai 10 pangkat 12 G, medan bumi adalah 1 Gs. Sejak tahun 1990, beberapa bintang neutron telah diidentifikasi sebagai magnetar - ini adalah bintang yang medan magnetnya jauh melampaui 10 pangkat 14 gauss. Pada medan magnet kritis seperti itu, fisika juga berubah, efek relativistik muncul (pembelokan cahaya oleh medan magnet), dan polarisasi vakum fisik. Bintang neutron diprediksi dan kemudian ditemukan.
Saran pertama dibuat oleh Walter Baade dan Fritz Zwicky pada tahun 1933., mereka membuat asumsi bahwa bintang neutron lahir sebagai akibat dari ledakan supernova. Menurut perhitungan, radiasi bintang-bintang ini sangat kecil, tidak mungkin untuk mendeteksinya. Tetapi pada tahun 1967, mahasiswa pascasarjana Hewish Jocelyn Bell menemukan , yang memancarkan pulsa radio biasa.
Impuls semacam itu diperoleh sebagai hasil dari rapid rotasi objek, tetapi bintang biasa dari rotasi yang begitu kuat akan terbang terpisah, dan karena itu mereka memutuskan bahwa mereka adalah bintang neutron.
Pulsar dalam urutan kecepatan rotasi:
Ejektornya adalah pulsar radio. Kecepatan putaran rendah dan medan magnet yang kuat. Pulsar semacam itu memiliki medan magnet dan bintang berputar bersama dengan kecepatan sudut yang sama. PADA momen tertentu kecepatan garis medan mencapai kecepatan cahaya dan mulai melampauinya. Selanjutnya, medan dipol tidak dapat ada, dan garis-garis kekuatan medan terkoyak. Bergerak di sepanjang garis ini, partikel bermuatan mencapai tebing dan putus, sehingga mereka meninggalkan bintang neutron dan dapat terbang ke jarak berapa pun hingga tak terhingga. Oleh karena itu, pulsar ini disebut ejector (memberikan, meletus) - pulsar radio.
baling baling, ia tidak lagi memiliki kecepatan rotasi seperti ejektor untuk mempercepat partikel ke kecepatan pasca-cahaya, sehingga tidak bisa menjadi pulsar radio. Tetapi kecepatan rotasinya masih sangat tinggi, materi yang ditangkap oleh medan magnet belum dapat jatuh ke bintang, yaitu tidak terjadi akresi. Bintang-bintang seperti itu dipelajari dengan sangat buruk, karena hampir tidak mungkin untuk mengamatinya.
Akretor adalah pulsar sinar-X. Bintang tidak lagi berputar begitu cepat dan materi mulai jatuh pada bintang, jatuh di sepanjang garis Medan gaya. Jatuh di dekat kutub pada permukaan padat, zat dipanaskan hingga puluhan juta derajat, menghasilkan sinar X. Pulsasi terjadi sebagai akibat dari fakta bahwa bintang masih berputar, dan karena luas materi yang jatuh hanya sekitar 100 meter, tempat ini secara berkala menghilang dari pandangan.
Mereka diprediksi pada awal 30-an. abad ke-20 Fisikawan Soviet L. D. Landau, astronom W. Baade dan F. Zwicky. Pada tahun 1967, pulsar ditemukan, yang pada tahun 1977 akhirnya diidentifikasi dengan bintang neutron.
Bintang neutron terbentuk sebagai hasil ledakan supernova pada tahap terakhir evolusi bintang bermassa besar.
Jika massa sisa supernova (yaitu, yang tersisa setelah cangkang dikeluarkan) lebih besar dari 1,4 M tapi kurang dari 2.5 M, kemudian kompresinya berlanjut setelah ledakan sampai densitas mencapai nilai inti. Ini akan mengarah pada fakta bahwa elektron akan "ditekan" ke dalam inti, dan zat yang terdiri dari neutron saja terbentuk. Bintang neutron lahir.
Jari-jari bintang neutron, seperti jari-jari katai putih, berkurang dengan bertambahnya massa. Jadi, bintang neutron dengan massa 1,4 M ☉ (berat minimum bintang neutron) memiliki radius 100-200 km, dan dengan massa 2,5 M(berat maksimum) - hanya 10-12 km. bahan dari situs
Bagian skema bintang neutron ditunjukkan pada Gambar 86. Lapisan luar bintang (Gambar 86, III) terdiri dari besi, yang membentuk kerak padat. Pada kedalaman sekitar 1 km, kerak besi padat dengan campuran neutron dimulai (Gbr. 86), yang melewati cairan superfluida dan inti superkonduktor (Gbr. 86, I). Pada massa yang mendekati batas (2,5–2,7 M), di wilayah tengah bintang neutron, lebih berat partikel dasar(hiperon).
Kepadatan bintang neutron
Kepadatan materi dalam bintang neutron sebanding dengan kerapatan materi di inti atom: mencapai 10 15 -10 18 kg / m 3. Pada kepadatan ini keberadaan mandiri elektron dan proton tidak mungkin, dan materi bintang praktis terdiri dari neutron saja.
Gambar (foto, gambar)
Di halaman ini, materi tentang topik:
Sejak penemuan bintang neutron pada tahun 1960-an, para ilmuwan telah berusaha untuk menjawab dengan sangat: pertanyaan penting: seberapa masif bintang neutron? Tidak seperti lubang hitam, bintang-bintang ini tidak dapat memiliki massa yang berubah-ubah. Dan astrofisikawan dari Universitas. Goethe mampu menghitung batas atas pada massa maksimum bintang neutron.
Dengan radius sekitar 12 kilometer, dan massa yang bisa dua kali lipat dari , bintang neutron adalah salah satu objek terpadat di alam semesta, menciptakan medan gravitasi, sebanding dalam kekuatan untuk bidang yang dihasilkan oleh . Kebanyakan bintang neutron memiliki massa sekitar 1,4 kali massa Matahari, namun contoh juga diketahui, seperti pulsar PSR J0348+0432, yang memiliki 2,01 massa matahari.
Kepadatan bintang-bintang ini sangat besar, hampir sama seperti jika Himalaya dikompresi seukuran cangkir bir. Namun, ada alasan untuk percaya bahwa bintang neutron dengan massa maksimum akan menyusut menjadi lubang hitam jika bahkan satu neutron ditambahkan.
Bersama murid-muridnya Elias Most dan Lukas Weich, Prof. Luciano Rezzolla, fisikawan, senior Peneliti Institut Studi Lanjutan Frankfurt (FIAS) dan profesor astrofisika teoretis di Universitas Goethe Frankfurt, kini telah memecahkan masalah yang belum terjawab selama 40 tahun. Kesimpulan mereka adalah sebagai berikut: dengan probabilitas hingga beberapa persen, massa maksimum yang tidak berputar tidak dapat melebihi 2,16 massa matahari.
Dasar dari hasil ini adalah pendekatan "hubungan universal" yang dikembangkan di Frankfurt beberapa tahun lalu. Keberadaan "rasio universal" menyiratkan bahwa hampir semua bintang neutron "mirip satu sama lain", yang berarti bahwa sifat-sifatnya dapat dinyatakan dalam besaran tak berdimensi. Para peneliti menggabungkan "hubungan universal" ini dengan data tentang gelombang gravitasi dan radiasi elektromagnetik diperoleh selama pengamatan tahun lalu dari dua bintang neutron sebagai bagian dari percobaan. Ini sangat menyederhanakan perhitungan, karena membuatnya tidak tergantung pada persamaan keadaan. persamaan ini adalah model teoretis, digunakan untuk menggambarkan materi padat di dalam bintang, yang memberikan informasi tentang komposisinya pada kedalaman yang berbeda. Oleh karena itu, koneksi universal seperti itu dimainkan peran penting dalam menentukan massa maksimum baru.
Hasil yang didapat adalah contoh yang baik interaksi antara teori dan studi eksperimental. "Pesona penelitian teoretis adalah bahwa hal itu memungkinkan kita untuk membuat prediksi. Teorinya, bagaimanapun, sangat membutuhkan eksperimen untuk mempersempit beberapa ketidakpastiannya, ”kata Profesor Rezzolla. “Oleh karena itu sangat luar biasa bahwa pengamatan tabrakan bintang neutron tunggal yang terjadi jutaan tahun cahaya, dikombinasikan dengan hubungan universal yang ditemukan di planet kita. kerja teoretis memungkinkan kita untuk memecahkan misteri tentang yang telah begitu banyak spekulasi di masa lalu."
Hasilnya diterbitkan sebagai surat kepada jurnal astrofisika (Jurnal Astrofisika). Hanya beberapa hari kemudian kelompok riset dari AS dan Jepang mengkonfirmasi temuan mereka, meskipun sejauh ini telah mengambil pendekatan yang berbeda dan independen.
Korma-A sisa supernova, di pusatnya adalah bintang neutron
Bintang neutron adalah sisa-sisa bintang besar yang telah mencapai akhir mereka jalur evolusi dalam ruang dan waktu.
Ini objek menarik, lahir dari raksasa yang dulunya sangat besar empat hingga delapan kali ukuran Matahari kita. Itu terjadi dalam ledakan supernova.
Setelah ledakan seperti itu, lapisan luar dikeluarkan ke luar angkasa, intinya tetap ada, tetapi tidak lagi dapat menopang fusi nuklir. Tanpa tekanan eksternal dari lapisan di atasnya, ia runtuh dan menyusut secara dahsyat.
Meskipun diameternya kecil - sekitar 20 km, bintang neutron memiliki massa 1,5 kali massa Matahari kita. Dengan demikian, mereka sangat padat.
Satu sendok kecil materi bintang di Bumi akan memiliki berat sekitar seratus juta ton. Di dalamnya, proton dan elektron digabungkan menjadi neutron - proses ini disebut neutronisasi.
Menggabungkan
Komposisinya tidak diketahui; diasumsikan bahwa mereka mungkin terdiri dari cairan neutron superfluida. Mereka memiliki kekuatan yang sangat kuat tarikan gravitasi lebih dari Bumi dan bahkan Matahari. Gaya gravitasi ini sangat mengesankan karena memiliki ukuran yang kecil.
Semuanya berputar di sekitar sumbu. Selama kompresi, momentum sudut rotasi dipertahankan, dan karena penurunan ukuran, kecepatan rotasi meningkat.
karena kecepatan tinggi rotasi, permukaan luar, yang merupakan "kerak" padat, secara berkala retak dan "gempa bintang", yang memperlambat kecepatan rotasi dan membuang energi "kelebihan" ke luar angkasa.
Tekanan luar biasa yang ada di inti mungkin mirip dengan yang ada saat ini dentuman Besar, tapi sayangnya, itu tidak bisa disimulasikan di Bumi. Oleh karena itu, objek-objek ini adalah laboratorium alam yang ideal di mana kita dapat mengamati energi yang tidak dapat diakses di Bumi.
pulsar radio
Pulsar radio ditemukan pada akhir tahun 1967 oleh mahasiswa pascasarjana Jocelyn Bell Burnell sebagai sumber radio yang berdenyut pada frekuensi konstan.
Radiasi yang dipancarkan oleh bintang terlihat sebagai sumber radiasi yang berdenyut atau pulsar.
Representasi skema dari rotasi bintang neutron
Pulsar radio (atau hanya pulsar) adalah bintang neutron berputar yang pancaran partikelnya bergerak mendekati kecepatan cahaya, seperti berkas suar yang berputar.
Setelah rotasi terus menerus, selama beberapa juta tahun, pulsar kehilangan energinya dan menjadi normal. bintang neutron. Hanya sekitar 1.000 pulsar yang diketahui saat ini, meskipun mungkin ada ratusan di galaksi.
pulsar radio nebula kepiting
Beberapa bintang neutron memancarkan sinar-X. Nebula Kepiting yang terkenal adalah contoh bagus dari objek semacam itu, yang terbentuk selama ledakan supernova. Ledakan supernova ini diamati pada 1054 M.
Angin pulsar, video Chandra
Sebuah pulsar radio di Nebula Kepiting difoto dengan teleskop luar angkasa Filter Hubble melalui 547nm ( lampu hijau) dari 7 Agustus 2000 sampai 17 April 2001.
magnetar
Bintang neutron memiliki medan magnet jutaan kali lebih kuat dari medan magnet terkuat yang dihasilkan di Bumi. Mereka juga dikenal sebagai magnetar.
Planet di dekat bintang neutron
Sejauh ini, empat planet diketahui memiliki planet. Ketika berada dalam sistem biner, dimungkinkan untuk mengukur massanya. Dari sistem biner ini dalam rentang radio atau sinar-X, massa bintang neutron yang diukur adalah sekitar 1,4 kali lebih banyak massa Matahari.
Sistem ganda
Jenis pulsar yang sama sekali berbeda terlihat di beberapa biner sinar-X. Dalam kasus ini, bintang neutron dan bintang biasa membentuk sistem biner. Medan gravitasi yang kuat menarik material dari bintang biasa. Bahan yang jatuh di atasnya selama proses akresi menjadi sangat panas sehingga menghasilkan sinar-X. Sinar-X berdenyut terlihat ketika titik-titik panas pada pulsar yang berputar melewati garis pandang dari Bumi.
Untuk sistem biner berisi objek yang tidak diketahui, informasi ini membantu membedakan apakah itu bintang neutron, atau, misalnya, lubang hitam, karena lubang hitam jauh lebih masif.
