Як народжуються та існують нейтронні зорі

Нейтронна зоря — зоря на завершальному етапі своєї еволюції, що не має внутрішніх джерел енергії та складається переважно з нейтронів, які перебувають у стані виродженого фермі-газу, із невеликою домішкою інших частинок.

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.

Приблизно один раз на століття у масивної зірки десь в нашій галактиці вичерпується паливо.
Це відбувається після того, як за мільйони років високі температури й тиск перетворили водень у зірці на важчі елементи, такі як гелій, вуглець і азот, аж до заліза.
Будучи в не змозі виробляти достатньо енергії для підтримання свого об’єму, зоря колапсує під дією власної гравітації, після чого вибухає, стаючи надновою.
Потужний вибух викидає більшу частину зоряної речовини в космос, збагачуючи галактику важкими елементами.
Але те, що лишається після цього катаклізматичного вибуху, може бути ще приголомшливішим — куля матерії настільки великої густини, що електрони фактично втискаються в атомне ядро.
Смерть такої зірки є народженням нейтронної зорі, об’єкта з практично найбільшою відомою густиною у всесвіті, а також лабораторії дивовижної фізики надконденсованого стану.
Але, що таке нейтронна зоря?
Уявіть компактну кулю, всередині якої протони й електрони об’єднуються в нейтрони й утворюють надтекучу рідину, в якій відсутнє тертя і яка ззовні оточена твердою корою.
Ця речовина має неймовірно велику густину, що еквівалентна масі повністю завантаженого контейнеровоза, стиснутого до товщини людської волосини, або масі гори Еверест, стиснутої до об’єму кубика цукру.
Глибше в корі надтекуча нейтронна рідина утворює різні фази, які фізики називають "ядерними макаронами", оскільки протони та нейтрони утворюють структури, що нагадують спагеті, чи пластини лазаньї.
Масивні зірки-попередники нейтронних зірок, як правило, обертаються.
Під час колапсу зірки, які сягають мільйонів кілометрів у діаметрі, стискаються у нейтронні зорі діаметром всього лиш 25 кілометрів.
Але початковий момент імпульсу зірки зберігається.
З тієї ж причини, через яку обертання фігуристів прискорюється, коли вони притискають руки до тіла, нейтронна зоря обертається набагато швидше, ніж початкова зірка.
Нейтронна зоря з найбільшою частотою обертання робить 700 обертів за секунду.
А це означає, що точка на її поверхні рухається зі швидкістю більшою ніж одна п’ята швидкості світла.
Нейтронні зорі також володіють найсильнішим магнітним полем з усіх відомих об’єктів.
Це динамічне магнітне поле формує вихори заряджених частинок, які утворюють випромінювання з магнітних полюсів.
Оскільки розташування полюсів не завжди збігається з віссю обертання зірки, пучки випромінювання обертаються як сигнальні вогні на маяках.
Тож, при спостереженні із Землі ми реєструємо імпульси.
Такі нейтронні зорі називаються пульсарами.
Виявлення одного з таких миготливих сигналів у 1967 році британською астрофізикинею Джоселін Белл було фактично відкриттям пульсарів, які згодом були ототожнені з нейтронними зорями.
Несамовито швидке обертання нейтронної зорі уповільнюється протягом мільярдів років, оскільки вона випромінює енергію у вигляді електромагнітних та гравітаційних хвиль.
Але не всі нейтронні зорі зникають так тихо.
Наприклад, відомі подвійні системи, в яких нейтронна зоря утворює пару зі звичайною зіркою.
Нейтронна зоря може перетягувати речовину зірки-компаньйона, захоплюючи її більш розріджену атмосферу, перш ніж, зрештою, не сколапсує у чорну діру.
Хоча багато зірок існують у складі подвійних систем, лише невеликий відсоток утворює системи з двома нейтронними зорями, у яких дві нейтронні зорі немов кружляють у танку, приреченому завершитися злиттям.
У процесі злиття вони випромінюють гравітаційні хвилі, які поширюються крізь простір та час наче хвилі від каменя, кинутого в озеро.
Загальна теорія відносності Айнштайна передбачила це ще понад 100 років тому, але воно так і не мало прямого підтвердження аж до 2017 року, коли в гравітаційно-хвильових обсерваторіях ЛІГО та ВІРГО зареєстрували зіткнення двох нейтронних зірок.
Інші телескопи зафіксували спалахи гамма-випромінювання і світла, а пізніше рентгенівське і радіовипромінювання від того ж зіткнення.
Ця полія стала найбільше вивченим в історії астрономії безцінним джерелом даних, які дозволили визначити швидкість передачі гравітації, підтвердити важливі астрофізичні теорії й отримати докази походження важких елементів, таких як золото і платина.
Нейтронні зорі поки не розкрили всі свої таємниці, та ЛІГО і ВІРГО постійно вдосконалюються з метою виявлення більшої кількості зіткнень.
Це допоможе нам дізнатися, що ж іще може розповісти нам про всесвіт ця захоплива смерть об’єктів з екстремально великою густиною, швидким обертанням і потужним магнітним полем.