MOSKOW, 28 Agustus - RIA Novosti. Para ilmuwan telah menemukan rekor bintang neutron berat dengan massa dua kali Matahari, yang akan memaksa mereka untuk mempertimbangkan kembali sejumlah teori, khususnya, teori yang menyatakan bahwa quark "bebas" mungkin ada di dalam materi superpadat bintang neutron, menurut sebuah artikel yang diterbitkan pada hari Kamis di jurnal Nature.

Bintang neutron adalah "mayat" bintang yang tersisa setelah ledakan supernova. Ukurannya tidak melebihi ukuran kota kecil, tetapi kerapatan materi 10-15 kali lebih tinggi dari kerapatan inti atom - "sejumput" materi bintang neutron berbobot lebih dari 500 juta ton.

Gravitasi "menekan" elektron menjadi proton, mengubahnya menjadi neutron, itulah sebabnya bintang neutron mendapatkan namanya. Sampai saat ini, para ilmuwan percaya bahwa massa bintang neutron tidak dapat melebihi dua massa matahari, karena jika tidak, gravitasi akan "menghancurkan" bintang tersebut ke dalam lubang hitam. Keadaan interior bintang neutron sebagian besar merupakan misteri. Misalnya, keberadaan quark "bebas" dan semacamnya partikel dasar, seperti K-meson dan hiperon di wilayah tengah bintang neutron.

Penulis penelitian, sekelompok ilmuwan Amerika yang dipimpin oleh Paul Demorest dari National Radio Observatory, mempelajari bintang ganda J1614-2230 berjarak tiga ribu tahun cahaya dari Bumi, salah satu komponennya adalah bintang neutron dan yang lainnya katai putih.

Pada saat yang sama, bintang neutron adalah pulsar, yaitu bintang yang memancarkan aliran emisi radio yang diarahkan secara sempit; sebagai akibat dari rotasi bintang, fluks radiasi dapat ditangkap dari permukaan bumi menggunakan teleskop radio di berbagai interval waktu.

Sebuah katai putih dan bintang neutron berputar relatif satu sama lain. Namun, kecepatan sinyal radio dari pusat bintang neutron dipengaruhi oleh gravitasi katai putih, ia "memperlambat". Para ilmuwan, yang mengukur waktu kedatangan sinyal radio di Bumi, dapat menentukan dengan akurasi tinggi massa objek yang "bertanggung jawab" atas keterlambatan sinyal.

“Kami sangat beruntung dengan sistem ini. Pulsar yang berputar cepat memberi kami sinyal yang datang dari orbit yang ditempatkan dengan sempurna. Terlebih lagi, katai putih kami cukup besar untuk bintang jenis ini. Kombinasi unik ini memungkinkan kami untuk mengambil keuntungan penuh dari efek Shapiro (penundaan sinyal gravitasi) dan menyederhanakan pengukuran," kata rekan penulis Scott Ransom.

Sistem biner J1614-2230 terletak sedemikian rupa sehingga dapat diamati hampir tepi, yaitu di bidang orbit. Ini membuatnya lebih mudah untuk mengukur massa bintang penyusunnya secara akurat.

Akibatnya, massa pulsar sama dengan 1,97 massa matahari, yang merupakan rekor bintang neutron.

"Pengukuran massa ini memberi tahu kita bahwa jika ada quark sama sekali di inti bintang neutron, mereka tidak bisa 'bebas', tetapi kemungkinan besar mereka harus berinteraksi satu sama lain jauh lebih kuat daripada di inti atom 'biasa'," jelas pemimpin kelompok astrofisikawan yang menangani masalah ini, Feryal Ozel (Feryal Ozel) dari Universitas Arizona.

"Ini mengejutkan saya bahwa sesuatu yang sederhana seperti massa bintang neutron dapat mengatakan begitu banyak tentang berbagai bidang fisika dan astronomi," kata Ransom.

Ahli astrofisika Sergey Popov dari Negara institut astronomi dinamai Sternberg mencatat bahwa studi bintang neutron dapat memberikan informasi penting tentang struktur materi.

"Di laboratorium terestrial, tidak mungkin untuk mempelajari materi dengan kepadatan yang jauh lebih besar daripada nuklir. Dan ini sangat penting untuk memahami bagaimana dunia bekerja. Untungnya, materi padat seperti itu ada di kedalaman bintang neutron. Untuk menentukan sifat-sifat ini masalah, sangat penting untuk mengetahui berapa massa maksimum yang dapat dimiliki bintang neutron dan tidak berubah menjadi lubang hitam," kata Popov kepada RIA Novosti.

pengantar

Sepanjang sejarahnya, umat manusia tidak berhenti berusaha memahami alam semesta. Alam semesta disebut totalitas segala sesuatu yang ada, semua partikel materi dari ruang antara partikel-partikel ini. Oleh ide-ide modern Alam semesta berusia sekitar 14 miliar tahun.

Ukuran bagian alam semesta yang terlihat adalah sekitar 14 miliar tahun cahaya (satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa dalam satu tahun). Menurut beberapa ilmuwan, panjang alam semesta adalah 90 miliar tahun cahaya. Untuk membuatnya nyaman untuk beroperasi dengan jarak yang sangat jauh, nilai yang disebut Parsec digunakan. Parsec adalah jarak dari mana radius rata-rata Orbit bumi, tegak lurus terhadap garis pandang, terlihat pada sudut satu detik busur. 1 parsec = 3,2616 tahun cahaya.

Ada sejumlah besar objek berbeda di alam semesta, yang namanya dikenal banyak orang, seperti planet dan satelit, bintang, lubang hitam, dll. Bintang sangat beragam dalam kecerahan, ukuran, suhu, dan parameter lainnya. . Bintang termasuk objek seperti katai putih, bintang neutron, raksasa dan supergiants, quasar dan pulsar. Yang menarik adalah pusat galaksi. Menurut konsep modern, lubang hitam cocok untuk peran objek yang terletak di pusat galaksi. Lubang hitam adalah produk evolusi bintang yang unik dalam sifat-sifatnya. Validitas eksperimental keberadaan lubang hitam tergantung pada validitas teori umum relativitas.

Selain galaksi, alam semesta dipenuhi dengan nebula (awan antarbintang yang terdiri dari debu, gas, dan plasma), radiasi peninggalan yang menembus seluruh alam semesta, dan objek yang jarang dipelajari lainnya.

bintang neutron

Bintang neutron adalah objek astronomi, yang merupakan salah satu produk akhir evolusi bintang, terutama terdiri dari inti neutron yang ditutupi dengan kerak materi yang relatif tipis (? 1 km) dalam bentuk inti atom berat dan elektron. Massa bintang neutron sebanding dengan massa Matahari, tetapi radius tipikalnya hanya 10-20 kilometer. Jadi kepadatan rata-rata substansi bintang semacam itu beberapa kali lebih tinggi dari kerapatan inti atom (yang untuk inti berat rata-rata 2,8 * 1017 kg / m?). Kontraksi gravitasi lebih lanjut dari bintang neutron dicegah oleh tekanan materi nuklir, yang muncul karena interaksi neutron.

Banyak bintang neutron memiliki kecepatan rotasi yang sangat tinggi, hingga seribu putaran per detik. Dipercayai bahwa bintang-bintang neutron lahir selama ledakan supernova.

Gaya gravitasi pada bintang neutron diseimbangkan oleh tekanan gas neutron yang berdegenerasi, nilai maksimum massa bintang neutron diberikan oleh batas Oppenheimer-Volkov, nilai numerik yang bergantung pada persamaan keadaan materi (yang masih kurang diketahui) di inti bintang. Ada prasyarat teoretis bahwa dengan peningkatan densitas yang lebih besar lagi, transformasi bintang neutron menjadi bintang quark adalah mungkin.

Medan magnet pada permukaan bintang neutron mencapai nilai 1012-1013 Gs (Gs-Gauss - unit pengukuran induksi magnetik), itu adalah proses di magnetosfer bintang neutron yang bertanggung jawab atas emisi radio pulsar . Sejak 1990-an, beberapa bintang neutron telah diidentifikasi sebagai magnetar, bintang dengan medan magnet orde 1014 gauss dan lebih tinggi. Medan semacam itu (melebihi nilai "kritis" 4,414 1013 G, di mana energi interaksi elektron dengan medan magnet melebihi energi diamnya) membawa secara kualitatif fisika baru, karena efek relativistik spesifik menjadi signifikan, polarisasi vakum fisik dll.

Klasifikasi bintang neutron

Dua parameter utama yang mencirikan interaksi bintang neutron dengan materi di sekitarnya dan, sebagai akibatnya, manifestasi pengamatannya adalah periode rotasi dan besarnya medan magnet. Seiring waktu, bintang menghabiskan waktunya energi rotasi, dan periode rotasinya meningkat. Medan magnet juga melemah. Untuk alasan ini, bintang neutron dapat mengubah jenisnya selama masa hidupnya.

Ejector (radio pulsar) - medan magnet yang kuat dan periode rotasi yang kecil. Dalam model magnetosfer yang paling sederhana, medan magnet berputar secara kaku, yaitu dengan kecepatan sudut yang sama dengan bintang neutron itu sendiri. Pada radius tertentu, kecepatan linier rotasi medan mendekati kecepatan cahaya. Jari-jari ini disebut jari-jari silinder cahaya. Di luar radius ini, medan dipol biasa tidak dapat ada, sehingga garis kekuatan medan putus pada titik ini. Partikel bermuatan yang bergerak di sepanjang garis medan magnet dapat meninggalkan bintang neutron melalui tebing tersebut dan terbang hingga tak terhingga. Bintang neutron jenis ini mengeluarkan (memuntahkan, mendorong keluar) partikel bermuatan relativistik yang memancar dalam jangkauan radio. Untuk pengamat, ejector terlihat seperti pulsar radio.

Baling-baling - kecepatan rotasi sudah tidak mencukupi untuk pengusiran partikel, jadi bintang seperti itu tidak bisa menjadi pulsar radio. Namun, itu masih besar, dan materi yang ditangkap oleh medan magnet di sekitar bintang neutron tidak dapat jatuh, yaitu, pertambahan materi tidak terjadi. Bintang neutron jenis ini praktis tidak memiliki manifestasi yang dapat diamati dan kurang dipelajari.

Accretor (Pulsar sinar-X) - kecepatan rotasi dikurangi sedemikian rupa sehingga sekarang tidak ada yang mencegah zat jatuh ke bintang neutron seperti itu. Plasma, jatuh, bergerak di sepanjang garis medan magnet dan menyentuh permukaan padat di dekat kutub bintang neutron, memanas hingga puluhan juta derajat. Suatu zat yang dipanaskan hingga suhu tinggi seperti itu bersinar dalam kisaran sinar-X. Area di mana materi jatuh bertabrakan dengan permukaan bintang sangat kecil - hanya sekitar 100 meter. Titik panas ini, karena rotasi bintang, secara berkala menghilang dari pandangan, yang oleh pengamat dianggap sebagai denyut. Objek semacam itu disebut pulsar sinar-X.

Georotator - kecepatan rotasi bintang neutron semacam itu kecil dan tidak mencegah pertambahan. Tetapi dimensi magnetosfer sedemikian rupa sehingga plasma dihentikan oleh medan magnet sebelum ditangkap oleh gravitasi. Mekanisme serupa beroperasi di magnetosfer Bumi, karena itu jenis yang diberikan dan mendapatkan namanya.

Dalam astrofisika, seperti halnya cabang ilmu pengetahuan lainnya, yang paling menarik masalah evolusi terkait dengan pertanyaan kuno "apa yang terjadi?" dan itu akan menjadi?". Apa yang akan terjadi pada massa bintang yang kira-kira sama dengan massa Matahari kita, kita sudah tahu. Bintang seperti itu, melewati panggung raksasa merah, akan menjadi katai putih. Katai putih dalam diagram Hertzsprung-Russell terletak di luar deret utama.

Katai putih adalah akhir dari evolusi bintang bermassa matahari. Mereka adalah semacam jalan buntu evolusioner. Kepunahan lambat dan tenang - ujung jalur semua bintang dengan massa lebih kecil dari matahari. Bagaimana dengan bintang yang lebih masif? Kami melihat bahwa hidup mereka penuh dengan peristiwa yang bergejolak. Tetapi pertanyaan alami muncul: bagaimana bencana dahsyat yang diamati dalam bentuk ledakan supernova berakhir?

Pada 1054, bintang tamu berkobar di langit. Itu terlihat di langit bahkan di siang hari dan keluar hanya setelah beberapa bulan. Hari ini kita melihat sisa-sisa bencana bintang ini dalam bentuk objek optik terang, yang disebut M1 dalam katalog nebula Monsieur. Itu terkenal nebula kepiting- sisa ledakan supernova.

Pada 40-an abad kita, astronom Amerika W. Baade mulai belajar bagian tengah"Kepiting" untuk mencoba menemukan sisa-sisa bintang dari ledakan supernova di pusat nebula. Omong-omong, nama "kepiting" diberikan pada objek ini pada abad ke-19 oleh astronom Inggris Lord Ross. Baade menemukan kandidat untuk sisa bintang dalam bentuk tanda bintang 17m.

Tetapi astronom itu tidak beruntung, dia tidak memiliki teknik yang cocok untuk studi terperinci, dan karena itu dia tidak dapat memperhatikan bahwa bintang ini berkelap-kelip, berdenyut. Jika periode pulsasi kecerahan ini bukan 0,033 detik, tetapi, katakanlah, beberapa detik, Baade pasti akan memperhatikan ini, dan kemudian kehormatan untuk menemukan pulsar pertama tidak akan menjadi milik A. Hewish dan D. Bell.

Sepuluh tahun sebelum Baade mengarahkan teleskopnya ke tengah nebula kepiting , fisikawan teoretis mulai menyelidiki keadaan materi pada kepadatan melebihi kepadatan katai putih (106 - 107 g/cm3). Ketertarikan pada masalah ini muncul sehubungan dengan masalah tahap akhir evolusi bintang. Menariknya, salah satu rekan penulis gagasan ini adalah Baade yang sama, yang baru saja menghubungkan fakta keberadaan bintang neutron dengan ledakan supernova.

Jika materi dikompresi ke kepadatan lebih besar dari kepadatan katai putih, proses yang disebut neutronisasi dimulai. Tekanan dahsyat di dalam bintang "mendorong" elektron ke dalam inti atom. Dalam kondisi normal, inti yang telah menyerap elektron akan menjadi tidak stabil karena mengandung jumlah neutron yang berlebihan. Namun, ini tidak terjadi pada bintang kompak. Ketika kepadatan bintang meningkat, elektron dari gas yang merosot secara bertahap diserap oleh inti, dan sedikit demi sedikit bintang berubah menjadi raksasa. bintang neutron- setetes. merosot gas elektron digantikan oleh gas neutron yang mengalami degenerasi dengan densitas 1014–1015 g/cm3. Dengan kata lain, kerapatan bintang neutron miliaran kali lebih besar daripada kerapatan katai putih.

Untuk waktu yang lama, konfigurasi bintang yang mengerikan ini dianggap sebagai permainan pikiran para ahli teori. Butuh lebih dari tiga puluh tahun bagi alam untuk mengkonfirmasi prediksi yang luar biasa ini. Di usia 30-an yang sama, yang lain dibuat penemuan penting, yang memiliki pengaruh yang menentukan pada seluruh teori evolusi bintang. Chandrasekhar dan L. Landau menetapkan bahwa untuk bintang yang telah kehabisan sumbernya energi nuklir, ada beberapa massa yang membatasi ketika bintang masih stabil. Dengan massa ini, tekanan gas yang merosot masih mampu menahan gaya gravitasi. Akibatnya, massa bintang yang merosot (katai putih, bintang neutron) memiliki batas yang terbatas (batas Chandrasekhar), melebihi yang menyebabkan kompresi bintang yang dahsyat, keruntuhannya.

Perhatikan bahwa jika massa inti bintang antara 1,2 M dan 2,4 M, "produk" akhir dari evolusi bintang semacam itu pastilah bintang neutron. Dengan massa inti kurang dari 1,2 M, evolusi pada akhirnya akan mengarah pada kelahiran katai putih.

Apa itu bintang neutron? Kita tahu massanya, kita juga tahu bahwa ia sebagian besar terdiri dari neutron, yang ukurannya juga diketahui. Dari sini mudah untuk menentukan jari-jari bintang. Ternyata dekat dengan... 10 kilometer! Menentukan jari-jari benda seperti itu sebenarnya tidak sulit, tetapi sangat sulit untuk memvisualisasikan bahwa massa yang dekat dengan massa Matahari dapat ditempatkan pada benda yang diameternya sedikit lebih besar dari panjang Jalan Profsoyuznaya di Moskow. Ini adalah penurunan nuklir raksasa, supernukleus dari sebuah elemen yang tidak cocok dengan apapun sistem periodik dan memiliki struktur aneh yang tak terduga.

Substansi bintang neutron memiliki sifat cairan superfluida! Sepintas, fakta ini sulit dipercaya, tetapi itu benar. Dikompresi dengan kepadatan yang sangat besar, zat ini sampai batas tertentu menyerupai helium cair. Selain itu, kita tidak boleh lupa bahwa suhu bintang neutron berada di urutan satu miliar derajat, dan, seperti yang kita ketahui, superfluiditas di kondisi duniawi hanya muncul pada suhu yang sangat rendah.

Benar, untuk perilaku bintang neutron itu sendiri, suhu tidak memainkan peran khusus, karena stabilitasnya ditentukan oleh tekanan gas neutron yang merosot - cair. Struktur bintang neutron dalam banyak hal menyerupai struktur planet. Selain "mantel", yang terdiri dari zat dengan sifat luar biasa dari cairan superkonduktor, bintang semacam itu memiliki kerak padat yang tipis dengan ketebalan sekitar satu kilometer. Diasumsikan bahwa kulit kayu memiliki struktur kristal yang aneh. Aneh karena, tidak seperti kristal yang kita kenal, di mana struktur kristal bergantung pada konfigurasi kulit elektron atom, di inti bintang neutron, inti atom tidak memiliki elektron. Oleh karena itu, mereka membentuk kisi yang menyerupai kisi kubik besi, tembaga, seng, tetapi, karenanya, pada tingkat yang jauh lebih tinggi. kepadatan tinggi. Berikutnya adalah mantel, sifat-sifat yang telah kita bicarakan. Di pusat bintang neutron, kerapatannya mencapai 1015 gram per sentimeter kubik. Dengan kata lain, satu sendok teh zat bintang semacam itu memiliki berat miliaran ton. Diasumsikan bahwa di pusat bintang neutron, melanjutkan pendidikan semua dikenal dalam fisika nuklir, serta partikel dasar eksotis yang belum ditemukan.

Bintang neutron mendingin cukup cepat. Perkiraan menunjukkan bahwa selama sepuluh hingga seratus ribu tahun pertama, suhu turun dari beberapa miliar menjadi ratusan juta derajat. Bintang neutron berotasi dengan cepat, dan ini menyebabkan sejumlah konsekuensi yang sangat menarik. Omong-omong, ukuran bintang yang kecil memungkinkannya tetap utuh selama rotasi cepat. Jika diameternya bukan 10, tetapi, katakanlah, 100 kilometer, ia hanya akan terkoyak oleh gaya sentrifugal.

Kami telah berbicara tentang kisah menarik tentang penemuan pulsar. Gagasan segera dikemukakan bahwa pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat, karena dari semua konfigurasi bintang yang diketahui, hanya ia yang dapat tetap stabil, berputar dengan kecepatan tinggi. Itu adalah studi pulsar yang memungkinkan untuk sampai pada kesimpulan yang luar biasa bahwa bintang-bintang neutron ditemukan "di ujung pena" oleh para ahli teori benar-benar ada di alam dan mereka muncul sebagai akibat dari ledakan supernova. Kesulitan mendeteksi mereka dalam jangkauan optik jelas, karena, karena diameternya yang kecil, sebagian besar bintang neutron tidak dapat dilihat di teleskop yang paling kuat, meskipun, seperti yang telah kita lihat, ada pengecualian di sini - pulsar di nebula kepiting.

Jadi, para astronom telah menemukan kelas objek baru - pulsar, bintang neutron yang berotasi cepat. Sebuah pertanyaan alami muncul: apa alasan rotasi bintang neutron yang begitu cepat, mengapa, pada kenyataannya, ia harus berputar di sekitar porosnya dengan kecepatan tinggi?

Alasan untuk fenomena ini sederhana. Kita tahu betul bagaimana seorang skater dapat meningkatkan kecepatan rotasi ketika dia menekan lengannya ke tubuh. Dalam melakukannya, ia menggunakan hukum kekekalan momentum sudut. Hukum ini tidak pernah dilanggar, dan dialah yang, selama ledakan supernova, berkali-kali meningkatkan kecepatan rotasi sisa-sisanya - sebuah pulsar.

Memang, selama keruntuhan bintang, massanya (yang tersisa setelah ledakan) tidak berubah, dan jari-jarinya berkurang sekitar seratus ribu kali lipat. Tetapi momentum sudut, yang sama dengan hasil kali kecepatan rotasi ekuator dikalikan massa dengan jari-jarinya, tetap sama. Massa tidak berubah, oleh karena itu, kecepatannya harus meningkat seratus ribu kali lipat.

Mari kita pertimbangkan contoh sederhana. Matahari kita berputar agak lambat di sekitar porosnya sendiri. Periode rotasi ini kurang lebih 25 hari. Jadi, jika Matahari tiba-tiba menjadi bintang neutron, periode rotasinya akan berkurang menjadi sepersepuluh ribu detik.

Konsekuensi penting kedua dari hukum kekekalan adalah bintang neutron harus termagnetisasi dengan sangat kuat. Memang, dalam proses alam apa pun, kita tidak bisa begitu saja mengambil dan menghancurkan medan magnet (jika sudah ada). Garis gaya magnet selamanya terhubung dengan materi yang sangat konduktif secara elektrik dari bintang. Nilai fluks magnet di permukaan bintang sama dengan hasil kali kekuatan medan magnet dan kuadrat jari-jari bintang. Nilai ini sangat konstan. Itu sebabnya, ketika sebuah bintang berkontraksi, medan magnetnya harus meningkat sangat banyak. Mari kita membahas fenomena ini secara lebih rinci, karena justru fenomena inilah yang menentukan banyak sifat menakjubkan dari pulsar.

Di permukaan Bumi kita, Anda dapat mengukur kekuatan medan magnet. Kita akan mendapatkan nilai kecil sekitar satu gauss. Di laboratorium fisik yang baik, seseorang dapat memperoleh medan magnet satu juta gauss. Di permukaan katai putih, kekuatan medan magnetnya mencapai seratus juta gauss. Dekat lapangan bahkan lebih kuat - hingga sepuluh miliar gauss. Tapi di permukaan bintang neutron, alam mencapai rekor absolut. Di sini, kekuatan medan bisa mencapai ratusan ribu miliar gauss. Kekosongan dalam toples liter yang berisi bidang seperti itu di dalamnya akan memiliki berat sekitar seribu ton.

Medan magnet yang kuat seperti itu tidak bisa tidak mempengaruhi (tentu saja, dalam kombinasi dengan medan gravitasi) tentang sifat interaksi bintang neutron dengan materi di sekitarnya. Lagi pula, kita belum membicarakan mengapa pulsar memiliki aktivitas yang hebat, mengapa mereka memancarkan gelombang radio. Dan tidak hanya gelombang radio. Sampai saat ini, astrofisikawan sangat menyadari pulsar sinar-X yang hanya diamati dalam sistem biner, sumber sinar gamma dengan sifat yang tidak biasa, yang disebut penyembur sinar-X.

Untuk membayangkan berbagai mekanisme interaksi bintang neutron dengan materi, mari kita beralih ke teori umum tentang perubahan lambat dalam mode interaksi bintang neutron dengan materi. lingkungan. Mari kita pertimbangkan secara singkat tahap-tahap utama evolusi semacam itu. Bintang neutron - sisa-sisa supernova - awalnya berputar sangat cepat dengan periode 10 -2 - 10 -3 detik. Dengan rotasi yang begitu cepat, bintang itu memancarkan gelombang radio, radiasi elektromagnetik, partikel.

Salah satu yang paling properti luar biasa pulsar adalah kekuatan radiasi yang mengerikan, miliaran kali lebih besar daripada kekuatan radiasi interior bintang. Jadi, misalnya, kekuatan pancaran radio pulsar di "Kepiting" mencapai 1031 erg / detik, dalam optik - 1034 erg / detik, yang jauh lebih besar daripada kekuatan radiasi Matahari. Pulsar ini memancar lebih dalam dalam rentang sinar-X dan sinar gamma.

Bagaimana generator energi alam ini diatur? Semua pulsar radio memilikinya milik bersama, yang berfungsi sebagai kunci untuk mengungkap mekanisme aksi mereka. Properti ini terletak pada kenyataan bahwa periode emisi pulsa tidak tetap konstan, perlahan-lahan meningkat. Perlu dicatat bahwa sifat bintang neutron yang berputar ini pertama kali diprediksi oleh para ahli teori, dan kemudian dikonfirmasi dengan sangat cepat secara eksperimental. Jadi, pada tahun 1969, ditemukan bahwa periode radiasi pulsar di "Kepiting" tumbuh 36 miliar detik per hari.

Kami sekarang tidak akan membahas bagaimana interval waktu kecil seperti itu diukur. Bagi kami, fakta peningkatan periode antara pulsa itu penting, yang, omong-omong, memungkinkan untuk memperkirakan usia pulsar juga. Tapi tetap saja, mengapa pulsar memancarkan pulsa pancaran radio? Fenomena ini tidak sepenuhnya dijelaskan dalam kerangka teori yang lengkap. Tetapi gambaran kualitatif dari fenomena tersebut tetap dapat ditarik.

Masalahnya adalah sumbu rotasi bintang neutron tidak bertepatan dengan sumbu magnetnya. Dari elektrodinamika diketahui dengan baik bahwa jika magnet diputar dalam ruang hampa di sekitar sumbu yang tidak bertepatan dengan sumbu magnet, maka radiasi elektromagnetik akan muncul tepat pada frekuensi rotasi magnet. Pada saat yang sama, kecepatan rotasi magnet akan diperlambat. Hal ini dapat dimengerti dari pertimbangan umum, karena jika tidak ada pengereman, kita hanya akan memiliki mesin gerak abadi.

Dengan demikian, pemancar kami menarik energi pulsa radio dari rotasi bintang, dan medan magnetnya, seolah-olah, adalah sabuk penggerak mesin. Proses sebenarnya jauh lebih rumit, karena magnet yang berputar dalam ruang hampa hanya sebagian analog dengan pulsar. Lagi pula, bintang neutron tidak berputar dalam ruang hampa sama sekali, ia dikelilingi oleh magnetosfer yang kuat, awan plasma, dan ini adalah konduktor yang baik, membuat penyesuaiannya sendiri pada gambar sederhana dan agak skematis yang telah kita gambar. Sebagai hasil dari interaksi medan magnet pulsar dengan magnetosfer di sekitarnya, sinar sempit radiasi terarah terbentuk, yang, dengan "pengaturan tokoh-tokoh" yang menguntungkan, dapat diamati di berbagai bagian galaksi, di tertentu di Bumi.

Rotasi cepat dari pulsar radio di awal kehidupannya menyebabkan lebih dari sekedar emisi radio. Sebagian besar energi juga terbawa oleh partikel relativistik. Saat kecepatan rotasi pulsar menurun, tekanan radiasi menurun. Sebelumnya, radiasi itu membuang plasma dari pulsar. Sekarang materi di sekitarnya mulai jatuh ke bintang dan memadamkan radiasinya. Proses ini dapat menjadi sangat efisien jika pulsar memasuki sistem biner. Dalam sistem seperti itu, terutama jika cukup dekat, pulsar menarik materi pendamping "normal" ke dirinya sendiri.

Jika pulsar masih muda dan penuh energi, pancaran radionya masih mampu “menerobos” ke pengamat. Tetapi pulsar tua tidak lagi mampu melawan pertambahan, dan "memadamkan" bintang itu. Saat rotasi pulsar melambat, proses luar biasa lainnya mulai muncul. Karena medan gravitasi bintang neutron sangat kuat, pertambahan materi melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk sinar-X. Jika dalam sistem biner pendamping normal memberikan pulsar jumlah materi yang cukup besar, kira-kira 10 -5 - 10 -6 M per tahun, bintang neutron akan diamati bukan sebagai pulsar radio, tetapi sebagai pulsar sinar-X.

Tapi itu tidak semua. Dalam beberapa kasus, ketika magnetosfer bintang neutron dekat dengan permukaannya, materi mulai menumpuk di sana, membentuk semacam cangkang bintang. Cangkang ini dapat membuat kondisi yang menguntungkan untuk berlalunya reaksi termonuklir, dan kemudian kita dapat melihat ledakan sinar-X di langit (dari kata bahasa Inggris burst - "flash").

Sebenarnya, proses ini seharusnya tidak tampak tidak terduga bagi kita; kita telah membicarakannya dalam kaitannya dengan katai putih. Namun, kondisi di permukaan katai putih dan bintang neutron sangat berbeda, dan oleh karena itu, penyembur sinar-X secara pasti terkait dengan bintang neutron. Ledakan termonuklir diamati oleh kita dalam bentuk kilatan sinar-X dan, mungkin, ledakan sinar gamma. Memang, beberapa ledakan sinar gamma mungkin, tampaknya, karena ledakan termonuklir di permukaan bintang neutron.

Tapi kembali ke pulsar sinar-X. Mekanisme radiasi mereka, tentu saja, benar-benar berbeda dari penyembur. Sumber energi nuklir tidak lagi berperan di sini. Energi kinetik bintang neutron itu sendiri juga tidak dapat konsisten dengan data pengamatan.

Ambil contoh sumber sinar-X Centaurus X-1. Kekuatannya adalah 10 erg/detik. Oleh karena itu, cadangan energi ini hanya cukup untuk satu tahun. Selain itu, cukup jelas bahwa periode rotasi bintang dalam hal ini harus meningkat. Namun, di banyak pulsar sinar-X, tidak seperti pulsar radio, periode antar pulsa berkurang seiring waktu. Jadi, ini bukan tentang energi kinetik rotasi. Bagaimana cara kerja pulsar sinar-X?

Kita ingat bahwa mereka muncul dalam sistem biner. Di sanalah proses akresi sangat efektif. Kecepatan materi yang jatuh ke bintang neutron dapat mencapai sepertiga dari kecepatan cahaya (100.000 kilometer per detik). Kemudian satu gram materi akan melepaskan energi sebesar 1020 erg. Dan untuk memastikan pelepasan energi sebesar 1037 erg/detik, diperlukan fluks materi ke bintang neutron sebesar 1017 gram per detik. Ini, secara umum, tidak terlalu banyak, sekitar seperseribu massa Bumi per tahun.

Pemasok material dapat menjadi pendamping optik. Semburan gas akan terus mengalir dari sebagian permukaannya menuju bintang neutron. Ini akan memasok energi dan materi ke piringan akresi yang terbentuk di sekitar bintang neutron.

Karena bintang neutron memiliki medan magnet yang sangat besar, gas akan "mengalir" sepanjang garis gaya magnet menuju kutub. Di sanalah, di "titik-titik" yang relatif kecil dengan ukuran hanya satu kilometer, proses produksi radiasi sinar-X yang paling kuat, dalam skala besar, dimainkan. Sinar-X dipancarkan oleh elektron relativistik dan elektron biasa yang bergerak dalam medan magnet pulsar. Gas yang jatuh di atasnya juga bisa "memberi makan" rotasinya. Itulah sebabnya justru pada pulsar sinar-X penurunan periode rotasi diamati dalam sejumlah kasus.

Sumber sinar-X dalam sistem biner adalah salah satu fenomena paling luar biasa di luar angkasa. Ada beberapa dari mereka, mungkin tidak lebih dari seratus di Galaksi kita, tetapi signifikansinya sangat besar, tidak hanya dari sudut pandang, khususnya untuk memahami tipe I. Sistem biner menyediakan cara yang paling alami dan efisien untuk aliran materi dari bintang ke bintang, dan di sinilah (karena relatif perubahan yang cepat massa bintang), kita mungkin menemukan berbagai opsi untuk evolusi "dipercepat".

Pertimbangan lain yang menarik. Kita tahu betapa sulitnya, jika bukan tidak mungkin, untuk memperkirakan massa sebuah bintang tunggal. Tetapi karena bintang neutron adalah bagian dari sistem biner, mungkin cepat atau lambat akan memungkinkan untuk secara empiris (dan ini sangat penting!) Menentukan massa pembatas bintang neutron, serta memperoleh informasi langsung tentang asal-usulnya. .

Korma-A sisa supernova, di pusatnya adalah bintang neutron

Bintang neutron adalah sisa-sisa bintang masif yang telah mencapai akhir jalur evolusi dalam ruang dan waktu.

Benda-benda menarik ini lahir dari raksasa yang dulunya sangat besar yang berukuran 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 tarikan gravitasi yang sangat kuat, jauh lebih kuat 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 pada saat big bang, 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

Ulsar 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 bintang neutron normal. Hanya sekitar 1.000 pulsar yang diketahui saat ini, meskipun mungkin ada ratusan di galaksi.

Pulsar radio di Nebula Kepiting

Beberapa bintang neutron memancarkan sinar-X. Nebula Kepiting yang terkenal contoh yang baik objek seperti itu 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 jangkauan radio atau sinar-X, massa bintang neutron yang diukur adalah sekitar 1,4 kali 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.

Sering disebut sebagai bintang neutron "mati" adalah objek yang menakjubkan. Studi mereka di dekade terakhir telah menjadi salah satu bidang astrofisika yang paling menarik dan dapat ditemukan. Ketertarikan pada bintang neutron tidak hanya karena misteri strukturnya, tetapi juga kepadatan kolosalnya, dan medan magnet dan gravitasi terkuat. Soalnya ada kondisi khusus, menyerupai inti atom besar, dan kondisi ini tidak dapat direproduksi di laboratorium terestrial.

Kelahiran di ujung pena

Penemuan partikel elementer baru pada tahun 1932, neutron, membuat astrofisikawan berpikir tentang peran apa yang dapat dimainkannya dalam evolusi bintang. Dua tahun kemudian, ada anggapan bahwa ledakan supernova dikaitkan dengan transformasi bintang biasa menjadi bintang neutron. Kemudian, perhitungan dibuat dari struktur dan parameter yang terakhir, dan menjadi jelas bahwa jika bintang kecil (seperti Matahari kita) berubah menjadi katai putih pada akhir evolusinya, maka bintang yang lebih berat menjadi bintang neutron. Pada bulan Agustus 1967, para astronom radio, ketika mempelajari gemerlap sumber radio kosmik, menemukan sinyal aneh - sangat pendek, sekitar 50 milidetik, pulsa emisi radio direkam, berulang setelah interval waktu yang ditentukan secara ketat (urutan satu detik). Itu benar-benar berbeda dari gambaran kacau biasa dari fluktuasi acak yang tidak teratur dalam emisi radio. Setelah pemeriksaan menyeluruh terhadap semua peralatan, keyakinan muncul bahwa impuls itu berasal dari luar bumi. Sulit untuk mengejutkan para astronom dengan benda-benda yang memancarkan dengan intensitas yang bervariasi, tetapi dalam kasus ini periodenya sangat kecil, dan sinyalnya sangat teratur, sehingga para ilmuwan secara serius menyarankan bahwa itu bisa menjadi berita dari peradaban luar bumi.

Oleh karena itu, pulsar pertama diberi nama LGM-1 (dari Bahasa Inggris Kecil Pria Hijau - "Pria Hijau Kecil"), meskipun upaya untuk menemukan makna dalam impuls yang diterima berakhir dengan sia-sia. Segera, 3 sumber radio yang berdenyut ditemukan. Periode mereka lagi-lagi ternyata jauh lebih sedikit daripada karakteristik waktu osilasi dan rotasi semua objek astronomi yang diketahui. Karena sifat radiasi yang impulsif, objek baru mulai disebut pulsar. Penemuan ini benar-benar membangkitkan astronomi, dan laporan penemuan pulsar mulai berdatangan dari banyak observatorium radio. Setelah penemuan pulsar di Nebula Kepiting, yang muncul karena ledakan supernova pada 1054 (bintang ini terlihat pada siang hari, seperti yang disebutkan oleh orang Cina, Arab, dan Amerika Utara dalam sejarah mereka), menjadi jelas bahwa pulsar entah bagaimana terhubung dengan ledakan supernova. .

Kemungkinan besar, sinyal datang dari objek yang ditinggalkan setelah ledakan. Butuh waktu lama sebelum astrofisikawan menyadari bahwa pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat yang mereka cari.

nebula kepiting
Pecahnya supernova ini (foto di atas), berkilauan di langit bumi yang lebih terang dari Venus dan terlihat bahkan di siang hari, terjadi pada 1054 menurut jam bumi. Hampir 1.000 tahun adalah waktu yang sangat singkat menurut standar kosmik, namun selama waktu ini, Nebula Kepiting yang paling indah berhasil terbentuk dari sisa-sisa bintang yang meledak. Gambar ini adalah komposisi dari dua gambar: salah satunya diperoleh dengan spasi teleskop optik Hubble (nuansa merah), yang lain dengan teleskop sinar-X Chandra (biru). Terlihat jelas bahwa elektron berenergi tinggi yang dipancarkan dalam rentang sinar-X kehilangan energinya dengan sangat cepat, oleh karena itu warna biru hanya berlaku di bagian tengah nebula.
Menggabungkan dua gambar membantu untuk lebih memahami mekanisme generator luar angkasa yang menakjubkan ini, yang memancarkan osilasi elektromagnetik dengan rentang frekuensi terluas - dari sinar gamma hingga gelombang radio. Meskipun sebagian besar bintang neutron telah terdeteksi oleh pancaran radio, mereka masih memancarkan jumlah energi utama dalam rentang gamma dan sinar-x. Bintang-bintang neutron dilahirkan sangat panas, tetapi mereka mendingin cukup cepat, dan sudah pada seribu tahun memiliki suhu permukaan sekitar 1.000.000 K. Oleh karena itu, hanya bintang-bintang neutron muda yang bersinar dalam kisaran sinar-X karena radiasi termal murni.

fisika pulsa
Pulsar hanyalah puncak magnet besar yang berputar di sekitar sumbu yang tidak bertepatan dengan sumbu magnet. Jika tidak ada yang jatuh di atasnya dan tidak memancarkan apa pun, maka pancaran radionya akan memiliki frekuensi rotasi dan kita tidak akan pernah mendengarnya di Bumi. Tetapi faktanya adalah bahwa bagian atas ini memiliki massa yang sangat besar dan suhu permukaan yang tinggi, dan medan magnet yang berputar menciptakan medan listrik dengan intensitas yang sangat besar, yang mampu mempercepat proton dan elektron hingga kecepatan hampir cahaya. Selain itu, semua partikel bermuatan yang mengalir di sekitar pulsar ini terperangkap dalam perangkap dari medan magnet kolosalnya. Dan hanya dalam sudut padat kecil di dekat sumbu magnet, mereka dapat melepaskan diri (bintang neutron memiliki medan magnet terkuat di Semesta, mencapai 10 10 -10 14 gauss, sebagai perbandingan: medan bumi adalah 1 gauss, medan matahari adalah 10-50 gauss). Aliran partikel bermuatan inilah yang menjadi sumber emisi radio, yang menurutnya pulsar ditemukan, yang kemudian berubah menjadi bintang neutron. Karena sumbu magnet bintang neutron tidak selalu bertepatan dengan sumbu rotasinya, ketika bintang berotasi, aliran gelombang radio merambat di ruang angkasa seperti berkas suar yang berkedip - memotong kegelapan di sekitarnya hanya untuk sesaat.

Gambar sinar-X dari pulsar Nebula Kepiting dalam keadaan aktif (kiri) dan normal (kanan)

tetangga terdekat
Pulsar ini hanya berjarak 450 tahun cahaya dari Bumi dan merupakan sistem biner bintang neutron dan katai putih dengan periode orbit 5,5 hari. Sinar-X lunak yang diterima oleh satelit ROSAT dipancarkan oleh tutup kutub PSR J0437-4715 yang dipanaskan hingga dua juta derajat. Selama rotasinya yang cepat (periode pulsar ini adalah 5,75 milidetik), ia berbelok ke Bumi dengan satu atau kutub magnet lainnya, sebagai akibatnya, intensitas fluks sinar gamma berubah sebesar 33%. objek terang di sebelah pulsar kecil adalah galaksi yang jauh, yang karena alasan tertentu secara aktif bersinar di bagian spektrum sinar-X.

Gravitasi mahakuasa

Berdasarkan teori modern bintang masif mengakhiri hidup mereka dalam ledakan kolosal yang mengubah sebagian besar dari mereka menjadi nebula gas yang mengembang. Akibatnya, dari raksasa, yang berkali-kali lebih besar dari Matahari kita dalam ukuran dan massa, tetap ada objek panas padat berukuran sekitar 20 km, dengan atmosfer tipis (terbuat dari hidrogen dan ion yang lebih berat) dan medan gravitasi 100 miliar kali. lebih besar dari bumi. Mereka menyebutnya bintang neutron, percaya bahwa itu sebagian besar terdiri dari neutron. Substansi bintang neutron adalah bentuk materi terpadat (satu sendok teh supernukleus seperti itu memiliki berat sekitar satu miliar ton). Periode sinyal yang sangat singkat yang dipancarkan oleh pulsar adalah argumen pertama dan terpenting yang mendukung fakta bahwa ini adalah bintang neutron, yang memiliki medan magnet besar dan berputar dengan kecepatan sangat tinggi. Hanya benda padat dan padat (berukuran hanya beberapa puluh kilometer) dengan medan gravitasi yang kuat yang dapat menahan kecepatan rotasi seperti itu tanpa pecah berkeping-keping karena gaya sentrifugal inersia.

Bintang neutron terdiri dari cairan neutron dengan campuran proton dan elektron. "Cairan nuklir", sangat mengingatkan pada zat dari inti atom, 1014 kali lebih padat daripada air biasa. Perbedaan besar ini cukup dapat dimengerti - lagi pula, atom sebagian besar terdiri dari ruang kosong, di mana di sekitar ruang kecil inti berat elektron cahaya yang berkibar. Inti mengandung hampir semua massa, karena proton dan neutron 2.000 kali lebih berat daripada elektron. Gaya ekstrim yang terjadi selama pembentukan bintang neutron menekan atom sehingga elektron yang ditekan ke dalam inti bergabung dengan proton membentuk neutron. Jadi, sebuah bintang lahir, hampir seluruhnya terdiri dari neutron. Cairan nuklir yang sangat padat, jika dibawa ke Bumi, akan meledak seperti bom nuklir, tetapi dalam bintang neutron itu stabil karena tekanan gravitasi yang sangat besar. Namun, di lapisan luar bintang neutron (seperti halnya semua bintang), tekanan dan suhu turun, membentuk kerak padat setebal sekitar satu kilometer. Hal ini diyakini terutama terdiri dari inti besi.

Kilatan
Kilatan sinar-X kolosal pada 5 Maret 1979, ternyata, terjadi jauh di luar Galaksi kita, di Awan Magellan Besar, satelit Bima Sakti kita, yang terletak pada jarak 180 ribu tahun cahaya dari Bumi. Pemrosesan bersama dari ledakan sinar gamma 5 Maret yang direkam oleh tujuh pesawat ruang angkasa memungkinkan untuk menentukan posisi secara akurat objek ini, dan fakta bahwa ia terletak persis di Awan Magellan praktis tidak diragukan lagi saat ini.

Peristiwa yang terjadi pada bintang jauh 180 ribu tahun yang lalu ini sulit dibayangkan, tetapi kemudian berkobar seperti sebanyak 10 supernova, lebih dari 10 kali luminositas semua bintang di Galaksi kita. Titik terang di bagian atas gambar adalah pulsar SGR yang sudah lama berdiri dan terkenal, sedangkan kontur yang tidak beraturan adalah posisi paling mungkin dari objek yang meletus pada 5 Maret 1979.

Asal usul bintang neutron
Ledakan supernova hanyalah konversi beberapa energi gravitasi menjadi energi panas. Ketika bintang tua kehabisan bahan bakar dan reaksi termonuklir tidak bisa lagi memanaskan isi perutnya sampai suhu yang dibutuhkan, semacam keruntuhan terjadi - runtuhnya awan gas ke pusat gravitasinya. Energi yang dilepaskan pada saat yang sama menyebarkan lapisan luar bintang ke segala arah, membentuk nebula yang mengembang. Jika bintangnya kecil, seperti Matahari kita, maka terjadi kilatan cahaya dan katai putih terbentuk. Jika massa bintang lebih dari 10 kali massa Matahari, maka keruntuhan seperti itu menyebabkan ledakan supernova dan bintang neutron biasa terbentuk. Jika supernova meletus di tempat sepenuhnya bintang besar, dengan massa 20-40 matahari, dan bintang neutron dengan massa lebih besar dari tiga matahari terbentuk, maka proses kompresi gravitasi menjadi ireversibel dan lubang hitam terbentuk.

Struktur internal
Kerak keras dari lapisan luar bintang neutron terdiri dari inti atom berat yang tersusun dalam kisi kubik, dengan elektron terbang bebas di antara mereka, seperti logam bumi, hanya saja jauh lebih padat.

Pertanyaan terbuka

Meskipun bintang neutron telah dipelajari secara intensif selama sekitar tiga dekade, struktur internal tidak diketahui secara pasti. Selain itu, tidak ada kepastian yang pasti bahwa mereka benar-benar sebagian besar terdiri dari neutron. Saat kita bergerak lebih dalam ke bintang, tekanan dan kepadatan meningkat, dan materi dapat dikompresi sedemikian rupa sehingga pecah menjadi quark, blok pembangun proton dan neutron. Menurut kromodinamika kuantum modern, quark tidak dapat eksis dalam keadaan bebas, tetapi digabungkan menjadi "tiga" dan "dua" yang tak terpisahkan. Tapi, mungkin, pada batas inti dalam bintang neutron, situasinya berubah dan quark keluar dari kurungannya. Untuk lebih memahami sifat bintang neutron dan materi kuark eksotik, para astronom perlu menentukan hubungan antara massa bintang dan jari-jarinya (kerapatan rata-rata). Dengan memeriksa bintang-bintang neutron dengan rekan-rekannya, seseorang dapat mengukur massanya secara akurat, tetapi menentukan diameternya jauh lebih sulit. Baru-baru ini, para ilmuwan yang menggunakan kemampuan satelit sinar-X XMM-Newton telah menemukan cara untuk memperkirakan kepadatan bintang neutron berdasarkan pergeseran merah gravitasi. Fitur lain yang tidak biasa dari bintang neutron adalah bahwa ketika massa bintang berkurang, radiusnya meningkat - akibatnya, bintang neutron yang paling masif memiliki ukuran terkecil.

Janda hitam
Ledakan supernova cukup sering memberi tahu pulsar yang baru lahir dengan kecepatan yang cukup besar. Bintang terbang seperti itu dengan medan magnetnya sendiri yang layak sangat mengganggu gas terionisasi yang mengisi ruang antarbintang. Semacam gelombang kejut terbentuk, berjalan di depan bintang dan menyimpang dalam kerucut lebar setelahnya. Gabungan gambar optik (bagian biru-hijau) dan sinar-X (warna merah) menunjukkan bahwa di sini kita tidak hanya berurusan dengan awan gas bercahaya, tetapi juga dengan fluks besar partikel elementer yang dipancarkan oleh pulsar milidetik ini. Kecepatan garis Janda Hitam sama dengan 1 juta km / jam, membuat rotasi pada porosnya dalam 1,6 ms, sudah berusia sekitar satu miliar tahun, dan memiliki bintang pendamping yang mengelilingi Janda dengan periode 9,2 jam. Pulsar B1957 + 20 mendapatkan namanya karena alasan sederhana bahwa radiasinya yang paling kuat hanya membakar tetangganya, menyebabkan gas yang membentuknya "mendidih" dan menguap. Kepompong berbentuk cerutu merah di belakang pulsar adalah bagian dari ruang di mana elektron dan proton yang dipancarkan oleh bintang neutron memancarkan sinar gamma yang lembut.

Hasil simulasi komputer memungkinkan Anda untuk dengan sangat jelas, di bagian, menyajikan proses yang terjadi di dekat pulsar yang terbang cepat. Sinar divergen dari titik terang adalah gambar kondisional dari aliran energi radiasi, serta aliran partikel dan antipartikel yang berasal dari bintang neutron. Perbatasan merah di perbatasan ruang hitam di sekitar bintang neutron dan embusan plasma merah yang bersinar adalah tempat di mana aliran partikel relativistik yang terbang hampir dengan kecepatan cahaya bertemu dengan partikel terkondensasi. gelombang kejut gas antarbintang. Saat melambat dengan tajam, partikel memancarkan sinar-X dan, setelah kehilangan energi utamanya, tidak terlalu memanaskan gas yang datang.

Kejang-kejang para raksasa

Pulsar dianggap sebagai salah satu tahap kehidupan awal bintang neutron. Berkat studi mereka, para ilmuwan belajar tentang medan magnet, dan tentang kecepatan rotasi, dan tentang nasib masa depan bintang neutron. Dengan terus-menerus mengamati perilaku pulsar, seseorang dapat menentukan dengan tepat berapa banyak energi yang hilang, berapa banyak yang melambat, dan bahkan ketika tidak ada lagi, setelah cukup melambat untuk tidak dapat memancarkan gelombang radio yang kuat. Studi ini mengkonfirmasi banyak prediksi teoretis tentang bintang neutron.

Sudah pada tahun 1968, pulsar dengan periode rotasi 0,033 detik hingga 2 detik ditemukan. Frekuensi pulsar radio dijaga dengan akurasi yang luar biasa, dan pada awalnya stabilitas sinyal ini lebih tinggi daripada jam atom bumi. Namun, dengan kemajuan di bidang pengukuran waktu untuk banyak pulsar, dimungkinkan untuk mencatat perubahan reguler pada periode mereka. Tentu saja, ini adalah perubahan yang sangat kecil, dan hanya dalam jutaan tahun kita dapat mengharapkan suatu periode berlipat ganda. Rasio kecepatan putaran arus terhadap perlambatan putaran merupakan salah satu cara untuk memperkirakan umur sebuah pulsar. Terlepas dari stabilitas sinyal radio yang menakjubkan, beberapa pulsar terkadang mengalami apa yang disebut "gangguan". Untuk interval waktu yang sangat singkat (kurang dari 2 menit), kecepatan putaran pulsar meningkat dalam jumlah yang signifikan, dan kemudian setelah beberapa waktu kembali ke nilai sebelum "pelanggaran". Dipercaya bahwa "pelanggaran" mungkin disebabkan oleh penataan ulang massa di dalam bintang neutron. Tetapi bagaimanapun juga, mekanisme pastinya masih belum diketahui.

Dengan demikian, pulsar Vela mengalami "pelanggaran" besar setiap 3 tahun sekali, dan ini membuatnya sangat objek yang menarik untuk mempelajari fenomena seperti itu.

magnetar

Beberapa bintang neutron, yang disebut SGR, memancarkan semburan kuat sinar gamma "lunak" pada interval yang tidak teratur. Jumlah energi yang dipancarkan oleh SGR selama kilatan khas, yang berlangsung beberapa persepuluh detik, Matahari hanya dapat memancar selama satu tahun penuh. Empat SGR yang diketahui berada di dalam Galaksi kita dan hanya satu yang berada di luarnya. Ledakan energi yang luar biasa ini dapat disebabkan oleh gempa bintang - versi gempa bumi yang kuat, ketika permukaan padat bintang neutron terkoyak dan aliran proton yang kuat keluar dari interiornya, yang terjebak dalam medan magnet, memancarkan gamma dan X- sinar. Bintang-bintang neutron diidentifikasi sebagai sumber ledakan sinar gamma yang kuat setelah ledakan sinar gamma besar pada tanggal 5 Maret 1979, ketika energi yang dikeluarkan dalam detik pertama sama banyaknya dengan yang dipancarkan matahari dalam 1.000 tahun. Pengamatan terbaru dari salah satu bintang neutron paling "aktif" saat ini tampaknya mendukung teori bahwa ledakan kuat sinar gamma dan sinar-X disebabkan oleh gempa bintang.

Pada tahun 1998, SGR yang terkenal tiba-tiba terbangun dari "tidurnya", yang tidak menunjukkan tanda-tanda aktivitas selama 20 tahun dan mengeluarkan energi yang hampir sama banyaknya dengan sinar gamma pada 5 Maret 1979. Apa yang paling mengejutkan para peneliti ketika mengamati peristiwa ini adalah perlambatan tajam dalam kecepatan rotasi bintang, yang menunjukkan kehancurannya. Untuk menjelaskan pancaran sinar gamma dan sinar-X yang kuat, model magnetar, bintang neutron dengan medan magnet super kuat, diusulkan. Jika bintang neutron lahir berputar sangat cepat, maka gabungan efek rotasi dan konveksi, yang berperan peran penting dalam beberapa detik pertama keberadaan bintang neutron, dapat menciptakan medan magnet yang sangat besar sebagai hasilnya proses yang kompleks, yang dikenal sebagai "dinamo aktif" (dengan cara yang sama membuat medan di dalam Bumi dan Matahari). Para ahli teori terkejut menemukan bahwa dinamo semacam itu, yang beroperasi di bintang neutron yang baru lahir dan panas, dapat menciptakan medan magnet 10.000 kali lebih kuat daripada medan pulsar normal. Ketika bintang mendingin (setelah 10 atau 20 detik), aksi konveksi dan dinamo berhenti, tetapi kali ini cukup untuk bidang yang diperlukan muncul.

Medan magnet bola konduktif listrik yang berputar dapat menjadi tidak stabil, dan restrukturisasi tajam strukturnya dapat disertai dengan pelepasan energi dalam jumlah besar (contoh yang baik dari ketidakstabilan tersebut adalah transfer periodik kutub magnet Bumi). Hal serupa terjadi di Matahari, dalam peristiwa ledakan yang disebut " semburan matahari". Dalam sebuah magnetar, energi magnet yang tersedia sangat besar, dan energi ini cukup untuk kekuatan semburan api raksasa seperti 5 Maret 1979 dan 27 Agustus 1998. Peristiwa semacam itu pasti menyebabkan kerusakan yang dalam dan perubahan struktur tidak hanya arus listrik dalam volume bintang neutron, tetapi juga kerak padatnya. Jenis objek misterius lain yang memancarkan sinar-X kuat selama ledakan periodik adalah apa yang disebut pulsar sinar-X anomali - AXP. Mereka berbeda dari pulsar sinar-X biasa karena hanya memancarkan dalam rentang sinar-X. Para ilmuwan percaya bahwa SGR dan AXP adalah fase kehidupan dari kelas objek yang sama, yaitu magnetar, atau bintang neutron, yang memancarkan sinar gamma lembut, menarik energi dari medan magnet. Dan meskipun magnetar saat ini tetap menjadi gagasan para ahli teori dan tidak ada cukup data yang mengkonfirmasi keberadaan mereka, para astronom dengan keras kepala mencari bukti yang diperlukan.

Calon Magnetar
Para astronom telah mempelajari galaksi rumah kita dengan saksama Bima Sakti bahwa tidak ada biaya bagi mereka untuk menggambar pandangan sampingnya, yang menunjukkan di atasnya posisi bintang-bintang neutron yang paling luar biasa.

Para ilmuwan percaya bahwa AXP dan SGR hanyalah dua tahap dalam kehidupan magnet raksasa yang sama - bintang neutron. Selama 10.000 tahun pertama, magnetar adalah SGR - pulsar yang terlihat dalam cahaya biasa dan memberikan kilatan sinar-X lembut berulang kali, dan selama jutaan tahun berikutnya, sudah seperti pulsar AXP anomali, menghilang dari jangkauan yang terlihat dan tiupan hanya di sinar-X.

magnet terkuat
Analisis data yang diperoleh satelit RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer, NASA) selama pengamatan pulsar SGR 1806-20 yang tidak biasa menunjukkan bahwa sumber ini adalah magnet paling kuat yang diketahui hingga saat ini di Semesta. Besarnya medannya ditentukan tidak hanya berdasarkan data tidak langsung (pada perlambatan pulsar), tetapi juga hampir secara langsung - pada pengukuran frekuensi rotasi proton di medan magnet bintang neutron. Medan magnet di dekat permukaan magnetar ini mencapai 10 15 gauss. Jika, misalnya, di orbit Bulan, semua pembawa informasi magnetik di Bumi kita akan mengalami demagnetisasi. Benar, mengingat massanya kira-kira sama dengan Matahari, ini tidak lagi menjadi masalah, karena bahkan jika Bumi tidak jatuh di atas bintang neutron ini, ia akan berputar mengelilinginya seperti orang gila, membuat revolusi penuh hanya dalam hitungan detik. jam.

dinamo aktif
Kita semua tahu bahwa energi suka berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Listrik mudah diubah menjadi panas, dan energi kinetik menjadi energi potensial. Aliran konvektif besar magma konduktif listrik dari plasma atau materi nuklir, ternyata, juga bisa energi kinetik diubah menjadi sesuatu yang tidak biasa, seperti medan magnet. bergerak massa besar pada bintang yang berputar dengan adanya medan magnet awal yang kecil dapat menyebabkan arus listrik, yang membuat bidang dalam arah yang sama dengan bidang aslinya. Akibatnya, pertumbuhan medan magnet yang mirip longsoran dari objek konduktif yang berputar dimulai. Semakin besar medan, semakin besar arus, semakin besar arus, semakin besar medan - dan semua ini disebabkan oleh aliran konvektif dangkal, karena fakta bahwa materi panas lebih ringan daripada dingin, dan karenanya mengapung

Lingkungan Gelisah

Observatorium luar angkasa Chandra yang terkenal telah menemukan ratusan objek (termasuk di galaksi lain), yang menunjukkan bahwa tidak semua bintang neutron ditakdirkan untuk hidup sendiri. Objek seperti itu lahir dalam sistem biner yang selamat dari ledakan supernova yang menciptakan bintang neutron. Dan kadang-kadang terjadi bahwa bintang neutron tunggal di daerah bintang padat seperti gugus bola menangkap pendamping. Dalam hal ini, bintang neutron akan "mencuri" materi dari tetangganya. Dan tergantung pada seberapa besar bintang itu akan menemaninya, "pencurian" ini akan menyebabkan konsekuensi yang berbeda. Gas yang mengalir dari pendamping dengan massa kurang dari Matahari kita, pada "remah" seperti bintang neutron, tidak akan dapat segera jatuh karena momentum sudutnya yang terlalu besar, sehingga menciptakan apa yang disebut akresi. disk di sekitarnya dari materi "dicuri". Gesekan selama berliku di sekitar bintang neutron dan kompresi dalam medan gravitasi memanaskan gas hingga jutaan derajat, dan mulai memancarkan sinar-X. Fenomena menarik lainnya yang terkait dengan bintang neutron yang memiliki pendamping bermassa rendah adalah semburan sinar-X (burster). Mereka biasanya berlangsung dari beberapa detik hingga beberapa menit dan, pada maksimumnya, memberi bintang itu luminositas hampir 100.000 kali lipat dari Matahari.

Ledakan ini dijelaskan oleh fakta bahwa ketika hidrogen dan helium ditransfer ke bintang neutron dari pendamping, mereka membentuk lapisan padat. Secara bertahap, lapisan ini menjadi sangat padat dan panas sehingga reaksi dimulai fusi termonuklir dan menonjol jumlah yang banyak energi. Dalam hal kekuatan, ini setara dengan ledakan seluruh gudang senjata nuklir penduduk bumi di masing-masing sentimeter persegi permukaan bintang neutron dalam satu menit. Gambaran yang sama sekali berbeda diamati jika bintang neutron memiliki pendamping masif. Sebuah bintang raksasa kehilangan materi dalam bentuk angin bintang (aliran gas terionisasi yang memancar dari permukaannya), dan gravitasi yang sangat besar dari sebuah bintang neutron menangkap sebagian dari materi ini untuk dirinya sendiri. Tapi di sinilah medan magnet berperan, menyebabkan materi yang jatuh mengalir sepanjang garis gaya menuju kutub magnet.

Ini berarti bahwa sinar-X terutama dihasilkan di titik-titik panas di kutub, dan jika sumbu magnet dan sumbu rotasi bintang tidak bertepatan, maka kecerahan bintang berubah menjadi variabel - ini juga merupakan pulsar , tetapi hanya sinar-X. Bintang neutron dalam pulsar sinar-X memiliki bintang raksasa terang sebagai pendamping. Dalam burster, pendamping bintang neutron adalah bintang bermassa rendah dengan kecerahan rendah. Usia raksasa terang tidak melebihi beberapa puluh juta tahun, sedangkan usia bintang katai redup bisa miliaran tahun, karena yang pertama mengkonsumsi bahan bakar nuklir mereka jauh lebih cepat daripada yang terakhir. Oleh karena itu, burster adalah sistem lama di mana medan magnet telah melemah dari waktu ke waktu, sementara pulsar relatif muda, dan oleh karena itu medan magnet di dalamnya lebih kuat. Mungkin ledakan pernah berdenyut di masa lalu, dan pulsar belum menyala di masa depan.

Pulsar dengan periode terpendek (kurang dari 30 milidetik), yang disebut pulsar milidetik, juga dikaitkan dengan sistem biner. Meskipun rotasi cepat mereka, mereka bukan yang termuda, seperti yang diharapkan, tetapi yang tertua.

Mereka muncul dari sistem biner, di mana bintang neutron tua yang berputar perlahan mulai menyerap materi dari pendampingnya yang sudah tua (biasanya raksasa merah). Jatuh ke permukaan bintang neutron, materi mentransfer energi rotasi ke sana, menyebabkannya berputar lebih cepat dan lebih cepat. Ini terjadi sampai pendamping bintang neutron, hampir terbebas dari kelebihan massa, menjadi katai putih, dan pulsar menjadi hidup dan mulai berputar dengan kecepatan ratusan putaran per detik. Namun, para astronom baru-baru ini menemukan sistem yang sangat tidak biasa di mana pendamping pulsar milidetik bukanlah katai putih, tetapi bintang merah raksasa yang membengkak. Para ilmuwan percaya bahwa mereka mengamati sistem biner ini hanya dalam tahap "pembebasan" bintang merah dari kelebihan berat dan menjadi katai putih. Jika hipotesis ini salah, maka bintang pendamping bisa jadi bintang biasa dari gugus bola yang secara tidak sengaja ditangkap oleh pulsar. Hampir semua bintang neutron yang saat ini diketahui telah ditemukan baik dalam biner sinar-X atau sebagai pulsar tunggal.

Dan baru-baru ini, Hubble memperhatikan di cahaya tampak bintang neutron, yang bukan merupakan komponen sistem biner dan tidak berdenyut dalam jangkauan sinar-X dan radio. Ini memberikan kesempatan unik untuk secara akurat menentukan ukurannya dan membuat penyesuaian untuk memahami komposisi dan struktur kelas aneh dari bintang yang terbakar dan terkompresi secara gravitasi ini. Bintang ini ditemukan untuk pertama kalinya sebagai sumber sinar-X dan memancarkan dalam kisaran ini, bukan karena mengumpulkan gas hidrogen saat bergerak melalui ruang angkasa, tetapi karena masih muda. Mungkin itu adalah sisa dari salah satu bintang dari sistem biner. Sebagai hasil dari ledakan supernova, sistem biner ini runtuh dan tetangga sebelumnya memulai perjalanan independen melalui Semesta.

Pemakan Bintang Kecil
Saat batu jatuh ke tanah, sebuah bintang besar, yang melepaskan massanya sedikit demi sedikit, secara bertahap bergerak ke tetangga yang kecil dan jauh, yang memiliki medan gravitasi besar di dekat permukaannya. Jika bintang tidak berputar pusat bersama gravitasi, maka pancaran gas dapat mengalir begitu saja, seperti aliran air dari cangkir, ke sebuah bintang neutron kecil. Tetapi karena bintang-bintang berputar dalam tarian bundar, materi yang jatuh, sebelum mencapai permukaan, harus hilang paling momentum sudutnya. Dan di sini gesekan timbal balik partikel yang bergerak di sepanjang lintasan yang berbeda dan interaksi plasma terionisasi yang membentuk cakram akresi dengan medan magnet pulsar membantu proses jatuhnya materi untuk berhasil berakhir dengan dampak pada permukaan bintang neutron di bintang. wilayah kutub magnetnya.

Misteri 4U2127 Terpecahkan
Bintang ini telah membodohi para astronom selama lebih dari 10 tahun, menunjukkan variabilitas lambat yang aneh dari parameternya dan menyala secara berbeda setiap kali. Hanya penelitian terbaru dari observatorium luar angkasa Chandra yang memungkinkan untuk mengungkap perilaku misterius objek ini. Ternyata ini bukan satu, tetapi dua bintang neutron. Selain itu, keduanya memiliki sahabat - satu bintang, mirip dengan Matahari kita, yang lain - dengan tetangga biru kecil. Secara spasial, pasangan bintang ini dipisahkan oleh jarak yang cukup jauh dan menjalani kehidupan yang mandiri. Tapi di bola bintang mereka diproyeksikan hampir ke satu titik, itulah sebabnya mereka dianggap sebagai satu objek begitu lama. Keempat bintang ini terletak di gugus bola M15 pada jarak 34 ribu tahun cahaya.

Pertanyaan terbuka

Secara total, para astronom telah menemukan sekitar 1.200 bintang neutron hingga saat ini. Dari jumlah tersebut, lebih dari 1.000 adalah pulsar radio, dan sisanya hanyalah sumber sinar-X. Selama bertahun-tahun penelitian, para ilmuwan telah sampai pada kesimpulan bahwa bintang neutron adalah asli yang asli. Beberapa sangat terang dan tenang, yang lain berkedip dan berubah secara berkala dengan gempa bintang, dan yang lain lagi ada dalam sistem biner. Bintang-bintang ini termasuk yang paling misterius dan sulit dipahami objek astronomi, yang menggabungkan medan gravitasi dan magnet terkuat serta kepadatan dan energi ekstrem. Dan setiap penemuan baru dari kehidupan mereka yang bergejolak memberi para ilmuwan informasi unik diperlukan untuk memahami sifat Materi dan evolusi Alam Semesta.

Standar universal
Kirim sesuatu di luar tata surya sangat sulit, oleh karena itu, bersama dengan pesawat ruang angkasa Pioneer-10 dan -11 yang pergi ke sana 30 tahun yang lalu, penduduk bumi juga mengirim pesan ke saudara-saudara mereka dalam pikiran. Menggambar sesuatu yang dapat dimengerti oleh Pikiran Extraterrestrial bukanlah tugas yang mudah, terlebih lagi, masih perlu untuk menunjukkan alamat pengirim dan tanggal pengiriman surat... Sulit bagi seseorang untuk memahami betapa cerdasnya semua ini dilakukan oleh para seniman, tetapi gagasan untuk menggunakan pulsar radio untuk menunjukkan tempat dan waktu pengiriman pesan itu cerdik. Sinar terputus-putus dari berbagai panjang, yang memancar dari titik yang melambangkan Matahari, menunjukkan arah dan jarak ke pulsar yang paling dekat dengan Bumi, dan diskontinuitas garis tidak lebih dari penunjukan biner dari periode revolusi mereka. Sinar terpanjang menunjuk ke pusat Galaksi kita - Bima Sakti. Frekuensi sinyal radio yang dipancarkan oleh atom hidrogen ketika mengubah orientasi timbal balik dari putaran (arah rotasi) proton dan elektron diambil sebagai satuan waktu pada pesan.

21 cm atau 1420 MHz yang terkenal harus diketahui semua makhluk cerdas di alam semesta. Menurut tengara ini, menunjuk ke "suar radio" Semesta, akan mungkin untuk menemukan penduduk bumi bahkan setelah jutaan tahun, dan dengan membandingkan frekuensi rekaman pulsar dengan yang sekarang, akan mungkin untuk memperkirakan kapan pria dan wanita ini memberkati penerbangan pertama. pesawat luar angkasa yang telah meninggalkan tata surya.

Nikolai Andreev