U savremenoj fizici i astrofizici neutronske zvezde i crne rupe jedna su od najinteresantnijih tema. Teorija relativnosti potvrđuje mogućnost postojanja takvih objekata teoretski. Tehnološki napredak, međutim, danas nam je omogućio da zaista otkrijemo takve objekte. Dok otpočinjem sa pisanjem o neutronskim zvezdama, prvo pitanje koje se otvara preda mnom jeste pitanje šta je u stvari neutronska zvezda. Počnimo od početka, zvezde se rađaju i umiru. Ali njihova smrt ima različite oblike. Neutronske zvezde predstavljaju urušeno jezgro velikih zvezda. Kroz sva zapažanja do kojih smo došli, saznali smo da je neutronska zvezda najmanja, ali najguša zvezda koja postoji u svemiru.

Nakon procesa eksplozije supernove, zvezde obično prolaze kroz gravitacioni kolaps. Gravitacioni kolaps predstavlja proces kada jezgro zvezde biva komprimovano zbog gravitacije. Što više jezgro kolabira, veća je gustina. Zanimljivo bi bilo postaviti pitanje otkuda takvo ime – neutronska zvezda. Odgovor je skriven unutar samog imena. Ideja naučnika bila je da su neutronske zvezde napravljene od neutron, koji su bez naelektrisanja. Glavni kolaps ne može trajati večno. U jednom trenutku, ovi neutroni stvaraju pritisak degeneracije koji štedi zvezdu od daljeg kolapsa. Ipak, zvezde većih gustoća mogu se urušiti još više i postati crne rupe.

Kako je sve počelo?

Godine 1920. Earnest Raderford predvideo je postojanje subatomskih čestica – neutrona. To su čestice koja imaju skoro istu masu kao protoni, ali njihova specifičnost je ta što nemaju naelektrisanje. Džejms Čedvik je 1932. dokazao postojanje takve čestice i ovo otkriće mu je donelo Nobelovu nagradu.

Godinu dana nakon toga dva naučnika, po imenu Valter Bade i Fric Cviki, predložili su postojanje zvezde napravljene od ovog neutralnog naelektrisanja. Ovaj predlog postavljen je kako bi se objasnilo poreklo supernove. Teorija se bazirala na pretpostavci da eksplozija supernove od teške zvezde pretvara zvezdu u neutronsku zvezdu, tako da se snažno upakovan neutronski degenerisan pritisak suprotstavlja gravitacionoj sili.

Neki su mislili da bi bilo stvarno teško otkriti neutron. Zato s ena ovom polju malo radilo, sve dok Franko Pacini nije pokazao da neutronska zvezda može da stvori ogromno magnetsko polje. Kao što znamo, to bi zračilo da postoje elektromagnetni talasi, što je i omogućilo da dođe do otkrića na kraju.

Džoslin Bel Barnel bila je studentkinja sa Univerziteta u Kembridžu. Njen mentor je bio Entoni Hjuiš, a dužnost svih studenata je bila da prođu kroz radio podatke i pronađu nešto zanimljivo ako ga ima. Jednog dana je Džoslin je uočila jedan radio signal iz sazvežđa Vulpecula (Lisica). To je bio vrlo intenzivan izvor i ponašao se kao tačan kosmički sat koji radi preciznije od sata napravljenog od strane ljudi.

U početku se smatralo da je to neka vrsta signala koja dolazi iz druge civilizacije. Međutim, naučnici su otkrili mnogo takvih izvora, pa se ukoro moralo zaboraviti na tu ideju. Ova zvezda je kasnije nazvana Pulsar (Pulsating Radio Source). Čak i u Mesjeu 1 (Crab nebula) pronađena je jedna pulsar zvezda zvana Crab pulsar (Kraba).

Jocellin Bell |wikimedia by Silicon Republic

Formiranje neutronske zvezde

Svaka zvezda koja je 8 puta veća od našeg Sunca može se pretvoriti u neutronsku zvezdu. Znamo da se, kada se zvezda nalazi u glavnom nizu, dešava nuklearna fuzija u jezgru i da se vodonik pretvara u helijum, a helijum se pretvara u ugljenik i ide do gvozdenog jezgra samo da bi se suprotstavio gravitacionoj sili. Kada gorivo potpuno dogori, vučnoj sili gravitacije može se suprotstaviti pritisak degeneracije. Kada je prekoračena Čandrasekarova granica, jezgro se dalje urušava i pritisak degeneracije više ne može da ga zaustavi. Kada temperatura dostigne , jezgro gvožđa se raspada u alfa česticu visoko energetskim gama zračenjem. Kada temperatura postane još veća, elektroni i protoni i neutrini se oslobađaju.

Ovi neutrini se suprotstavljaju masi koja pada prema unutrašnjosti zbog gravitacije i nose je ka spoljašnjosti, što uzrokuje nastanak supernove. Ono što ostane jeste neutronska zvezda. Neutronska zvezda obično ima vrlo visoku brzinu rotacije, a to je zato što je momenat impulsa očuvan i masa zvezde je manja od originalne roditeljske zvezde. Brzina rotacije može biti od 1,4 ms do 30 sekundi.

wikimedia by cmglee, NASA Goddard Space Flight Center

Osobine

Neutronska zvezda ima oko 1,4 do 3 solarne mase. Ako je masa manja od 1,4, ona govorimo o belom patuljku, a ako je viša od 10, pretvara se u crnu rupu, jer prevazilazi degenerativni neutronski pritisak. Temperatura neutronskih zvezda je obično između i K. Ali zbog ogromnog toka neutrina, ona se hladi do . Dakle, to je razlog zašto zrači u x-zracima.

Gustina neutronske zvezde je gustina atomskog jezgra. To je između i . Gustoća je niža na spoljnoj strani, apovećava se kako nastavljamo ka blizini jezgra. Tako je gusto da se kaže da gustinu neutronske zvezde možemo da uporedimo ako uzmemo 900 piramida i stavimo ih na jednu kašičicu. Dakle, ova velika gustina stvara problem, jer je teoretski vrlo komplikovano baviti se stvarima takvih gustina. Ne možemo tačno proceniti jednačinu stanja za ovakvu materiju. Na neki način, neutronska zvezda je gotovo slična atomskom jezgru. Oba imaju sličnu gustinu i sastoje se od nukleona. Ali u nekim slučajevima one se razlikuju od atomskih jezgara. Razlika je u tome što neutronska zvezda ostaje kompaktna zbog gravitacije, a atomsko jezgro zbog znažne interakcije.

Magnetno polje neutronske zvezde do sada je najjače magnetno polje koje su naučnici ikada otkrili. Procenjuje se da je magnetno polje jačine od do tesle. Prema varijaciji magnetnog polja možemo reći koja je neutronska zvezda moćnija, a koja je manje moćna. Magnetar je najjača neutronska zvezda. Periodičnost pulsara se može objasniti magnetnim poljem. Iako nije poznato mnogo o poreklu magnetnog polja u neutronskim zvezdama, postoji nekoliko hipoteza. Jedna od njih se zove zamrzavanje fluksa.

Kao što znamo, magnetni fluks mora da bude konstantan. Dakle, kada se velika zvezda smanjuje, magnetno polje se mora povećati kako bi se održala konstanta fluksa dok se površina smanjuje.

wikimediaby Jm Smits

Gravitacija neutronskih zvezda je 220 milijardi puta jača od gravitacije Zemlje. Njihova gravitacija je toliko snažna da može savijati zračenje koje prolazi blizu njih. U ovom slučaju, neki delovi neutronske zvezde mogu biti vidljivi. Neutronske zvezde su veoma male u radijusu, ali su veoma masivne. Dakle, prema Njutnovom zakonu, sila će biti jača. Ako je poluprečnik neutronske zvezde ili manji od toga, gravitacija neutronske zvezde može zarobiti fotone u orbiti, tako da se može posmatrati cela površina.

Dilatacija između Zemlje i neutronske zvezde je velika. Na primer, 10 godina provedenih u Zemlji će biti kao 8 godina u neutronskoj zvezdi.

Teoretski, tačna verzija jednačine stanja nije poznata za neutronske zvezde. Razlog tome je složena matematika za takvo gustu materiju. Međutim, postoje neki modeli napravljeni od strane naučnika. Relativistička jednačina stanja opisuje odnos između mase i radijusa. AR4 je poznati model za mali radijus, a MS2 je model za veći radijus. Jednačine izgledaju ovako:

Struktura neutronske zvezde

Zapravo, struktura neutronskih zvezda nije nam poznata. Struktura koju danas koristimo zasnovana je na matematičkom modelu. Zvezdana oscilacija je još jedan način da se nešto sazna o strukturi neutronskih zvezda. Ovo polje poznato je kao Asteroseizmologija. U ovom procesu analiziramo zvezdanu oscilaciju u spektru i pokušamo da na osnovu toga napravimo model strukture zvezde. Smatra se da je površina neutronske zvezde slična normalnim jezgrima, ali mrežasta i da se elektroni stalno kreću. Smatramo da na površini može biti gvožđa, jer gvožđe drži svoje elektrone snažno i vrlo blizu. Moguće je i da je gvožđe potopljeno pod samom površinom, ali to je samo kada temperatura ide iznad , ali ako je ispod toga, može postojati čvrsta površina.

wiki by Brews Ohare

Atmosfera neutronske zvezde je vrlo tanka i kretanje čestica je potpuno kontrolisano magnetnim poljem. Ispod atmosfere nalazi se vrlo glatka i čvrsta kora. Poznata je kao nuklearna pasta. Kako idemo ka unutrašnjosti, broj neutrona počinje da se povećava i to se događa dok ne stignemo do jezgra. Ova količina neutrona bi se raspala na Zemlji, ali zbog ogromnog pritiska, može preživeti u neutronskoj zvezdi. Ono što je u centru nam je potpuno nepoznato. Neki naučnici sugerišu da je jezgro izgrađeno od super-fluidne neutronske degenerativne materije. Ko zna da li ćemo saznati šta je zapravo u srži neutronske zvezde jednog dana.

Zaključak

Neutronske zvezde su vrlo specifični objekti. U oblasti koja se bavi njihovim proučavanjem ima puno posla. Naročito je značajno otkriti kakva je unutrašnja struktura neutronske zvezde, što je otkriće koje bi moglo biti zaista fascinantno. Možda možemo rešiti misteriju izuzetno degenerativne materije ili rešiti problem koji naučnicima već dugo stoji nad glavama i otkriti jednačinu stanja neutronske zvezde. To je sve za danas. U sledećem delu ću govoriti o pulsarima. Do tada vam želim ugodne dana ne Stimitu.

Reference

<1> Erika Bohm Vitense, Stellar Astrophysics

<2> Olga Atancković, General Astrophysics (Opšta Astrofizika)

<3>Camenzind, Compact objects in astrophysics.

<4>Wikipedia

<5>apatruno

Sve jednačine su napravljene uz pomoć quicklatex