Co się stanie, gdy wybuchną gigantyczne gwiazdy? Tworzą supernowe, które są jednymi z najbardziej dynamicznych wydarzeń w wszechświat. Te gwiezdne pożary powodują tak intensywne eksplozje, że emitowane przez nich światło może przyćmić całość galaktyki. Tworzą jednak również coś dziwniejszego z resztek: gwiazdy neutronowe.
Stworzenie gwiazd neutronowych
Gwiazda neutronowa jest naprawdę gęstą, zwartą kulą neutronów. Jak więc masywna gwiazda zmienia się z świecącego obiektu w drżącą, wysoce magnetyczną i gęstą gwiazdę neutronową? Wszystko zależy od tego, jak gwiazdy żyją swoim życiem.
Gwiazdy spędzają większość swojego życia na tak zwanym główna sekwencja. Główna sekwencja rozpoczyna się, gdy gwiazda zapala fuzję jądrową w swoim rdzeniu. Kończy się, gdy gwiazda wyczerpie wodór w rdzeniu i zacznie stapiać cięższe pierwiastki.
Chodzi o masę
Gdy gwiazda opuści główną sekwencję, podąży określoną ścieżką, która jest z góry ustalona przez jej masę. Masa to ilość materiału, który zawiera gwiazda. Gwiazdy, które mają więcej niż osiem mas Słońca (jedna masa Słońca odpowiada masie naszego Słońca) opuści główną sekwencję i przejdzie przez kilka faz, podczas których nadal łączą elementy do żelazo.
Kiedy fuzja ustaje w jądrze gwiazdy, zaczyna się kurczyć lub zapadać na siebie z powodu ogromnej grawitacji zewnętrznych warstw. Zewnętrzna część gwiazdy „spada” na jądro i zbiera się, tworząc potężną eksplozję zwaną supernową typu II. W zależności od masy samego rdzenia, stanie się gwiazdą neutronową lub czarną dziurą.
Jeśli masa rdzenia wynosi od 1,4 do 3,0 mas Słońca, rdzeń stanie się jedynie gwiazdą neutronową. Protony w rdzeniu zderzają się z elektronami o bardzo wysokiej energii i wytwarzają neutrony. Rdzeń usztywnia się i wysyła fale uderzeniowe przez spadający na niego materiał. Zewnętrzny materiał gwiazdy jest następnie wypychany do otaczającego ośrodka, tworząc supernową. Jeśli pozostały materiał rdzenia jest większy niż trzy masy słoneczne, istnieje duża szansa, że będzie się on ściskał, aż utworzy czarną dziurę.
Właściwości gwiazd neutronowych
Gwiazdy neutronowe są trudnymi obiektami do badania i zrozumienia. Emitują światło w szerokiej części spektrum elektromagnetycznego - o różnych długościach fali światła - i wydają się różnić między gwiazdami. Jednak sam fakt, że każda gwiazda neutronowa wykazuje inne właściwości, może pomóc astronomom zrozumieć, co je napędza.
Być może największą barierą w badaniu gwiazd neutronowych jest to, że są niesamowicie gęste, tak gęste, że 14-uncjowa puszka materiału gwiazdy neutronowej miałaby tyle samo masy co nasz Księżyc. Astronomowie nie mają możliwości modelowania tego rodzaju gęstości tutaj na Ziemi. Dlatego trudno jest zrozumieć fizyka o co chodzi. Dlatego badanie światła z tych gwiazd jest tak ważne, ponieważ daje nam wskazówki co do tego, co dzieje się wewnątrz gwiazdy.
Niektórzy naukowcy twierdzą, że rdzenie są zdominowane przez pulę wolnych kwarków - podstawowych elementów składowych materia. Inni twierdzą, że rdzenie są wypełnione jakimś innym typem egzotycznych cząstek, takich jak piony.
Gwiazdy neutronowe mają również intensywne pola magnetyczne. I to właśnie te pola są częściowo odpowiedzialne za tworzenie promieni rentgenowskich i promienie gamma które są widziane z tych obiektów. Gdy elektrony przyspieszają wokół linii pola magnetycznego i wzdłuż nich, emitują promieniowanie (światło) o długości fali od optycznej (światło, które widzimy naszymi oczami) do bardzo wysokiej energii promieniowania gamma.
Pulsary
Astronomowie podejrzewają, że wszystkie gwiazdy neutronowe obracają się i robią to dość szybko. W rezultacie niektóre obserwacje gwiazd neutronowych dają „pulsacyjną” sygnaturę emisji. Tak więc gwiazdy neutronowe są często określane jako PULSating stARS (lub PULSARS), ale różnią się od innych gwiazd o zmiennej emisji. Pulsacje gwiazd neutronowych są spowodowane ich obrót, gdzie tak jak inne gwiazdy pulsujące (takie jak cefidy) pulsują wraz z rozszerzaniem się i kurczeniem gwiazdy.
Gwiazdy neutronowe, pulsary i czarne dziury są jednymi z najbardziej egzotycznych obiektów gwiezdnych we wszechświecie. Ich zrozumienie to tylko część nauki o fizyce gigantycznych gwiazd oraz o tym, jak się rodzą, żyją i umierają.
Edytowany przez Carolyn Collins Petersen.