Stjärnor kommer i alla olika storlekar och former, men ingen är lika unik som familjen av neutronstjärnor. I denna grupp hittar vi ett exempel på ett objekt som är så tätt att en matsked material skulle väga miljoner ton! Hur kunde naturen ha kokt upp något så bisarrt? Liksom svarta hål tycker neutronstjärnor att deras födelse börjar med en död.

Hur Neutronstjärnor skapas

Massiva stjärnor har massor av bränsle, initialt i form av väte. Genom kärnfusion transformeras väte till helium och ljus. Denna process händer också helium och upp och upp går vi på det periodiska bordet tills vi kommer till järn, som inte kan smälts samman i solens inre. Normalt är elektron-degenerationstrycket, eller dess tendens att undvika att vara nära andra val, tillräckligt för att motverka tyngdkraften, men när vi väl stryker är trycket inte lika stort eftersom elektronerna dras närmare atomens kärna. Trycket minskar och tyngdkraften kondenserar stjärnans kärna till den punkt där en explosion frigör otroliga mängder energi. Beroende på stjärns storlek blir allt mellan 8-20 solmassor en neutronstjärna medan allt större blir ett svart hål.

En neutronstjärns magnetfältlinjer visualiseras. |

Så varför namnet neutronstjärna? Anledningen är förvånansvärt enkel. När kärnan kollapsar kondenseras tyngdkraften allt så mycket att protonerna och elektronerna kombineras för att bli neutroner, som är laddningsneutrala och därmed gärna samlas med varandra utan omsorg. Således kan neutronstjärnan vara ganska liten (cirka 10 km i diameter) och ändå ha lika mycket massa som nästan 2 eller 3 solar! (Frön 226)

Låt konstigheten börja

Okej, så allvar. Big deal rätt? Vad sägs om en potentiell ny form av materia? Det är möjligt, för förhållandena i en neutronstjärna är till skillnad från någon annanstans i universum. Materiet har kondenserats till ett så maximalt extrema som möjligt. Anymore, och det skulle ha blivit ett svart hål på supernova. Men formmaterialet tar in en neutronstjärna har jämförts med pasta. Yum?

En möjlig inre av en neutronstjärna. |

Detta föreslogs efter att forskare märkte att inga pulsars verkar existera som kan ha en snurrperiod längre än 12 sekunder. Teoretiskt kan det vara långsammare än så men ingen har hittats. Vissa modeller visade att saken inuti pulsaren kunde vara ansvarig för detta. I en pastaformation ökar den elektriska resistiviteten vilket gör att elektronerna har svårt att röra sig. Elektronrörelse är det som får magnetfält att bildas och om elektronerna har svårt att röra sig i första hand är pulsars förmåga att stråla EM-vågor begränsad. Således är möjligheten för vinkelmomentet att minska också begränsad, för ett sätt att minska snurret är att utstråla energi eller materia (Moskowitz).

Men vad händer om materialet i en neutronstjärna inte är det pastaegenskapsmaterialet? Flera modeller har föreslagits för vad kärnan i en neutronstjärna egentligen är. Den ena är en kvarkkärna, där återstående protoner kondenseras med neutronerna för att bryta isär och är bara ett hav av upp och ner kvarkar. Ett annat alternativ är en hyperonkärna, där dessa nukleoner inte bryts utan har i stället en hög mängd konstiga kvarkar på grund av den höga energi som finns. Ett annat alternativ är ganska iögonfallande - kaonkondensatkärnan, där kvarkpar av konstiga / upp eller konstiga / ner finns. Att räkna ut vilka (om några) är livskraftiga är tuffa på grund av förhållandena som krävs för att generera det. Partikelacceleratorer kan göra några av dem men vid temperaturer som är miljarder, till och med biljoner, grader varmare än en neutronstjärna. En annan stillastående (Sokol).

Men ett möjligt test för att bestämma vilka modeller som fungerar bäst utformades med hjälp av glitches of a pulsar. En gång i taget bör en pulsar uppleva en plötslig förändring i hastighet, ett fel och ändra dess resultat. Dessa glidningar uppstår sannolikt från växelverkan mellan jordskorpan och en superfluidisk inre (som rör sig med låg friktion) som växlar fart, precis som 1E 2259 + 586, eller från magnetfältlinjer som bryter. Men när forskare tittade på Vela-pulsaren i tre år hade de en chans att se före och efter glitch-ögonblicket, något som saknades tidigare. Endast en glitch sågs genom den tiden. Innan glitch inträffade skickades en "svag och mycket bred puls" i polarisering, sedan 90 millisekunder senare ... ingen puls, när en väntades. Då återvände det normala beteendet. Modeller byggs med denna information för att se vilken teori som fungerar bäst (Timmer "Tre").

Neutroner och Neutrino

Fortfarande inte sålt på hela denna udda fysik ännu? Okej, jag tror att jag kan ha något som kan tillfredsställa. Det handlar om den jordskorpan som vi bara nämnde, och den involverar också energiutsläpp. Men du kommer aldrig tro på vad som är agenten för energiuttaget. Det är en av naturens mest svårfångade partiklar som knappast interagerar med någonting alls och som här spelar en stor roll. Det är rätt; den lilla neutrinoen är den skyldige.

Neutrino som lämnar en neutronstjärna. |

Och ett potentiellt problem finns på grund av det. På vilket sätt? Ibland faller materien i en neutronstjärna. Vanligtvis är dess gas som fastnar i magnetfältet och skickas till polerna men ibland kan något stöta på ytan. Den kommer att interagera med jordskorpan och falla under enormt tryck, tillräckligt för att den ska gå termonukleär och släppa ett röntgenbrist. För att en sådan bristning ska uppstå kräver emellertid också att materialet är varmt. Så varför är det ett problem? De flesta modeller visar att jordskorpan är kall. Väldigt kallt. Som nästan absolut noll. Detta beror på att ett område där dubbelt beta-sönderfall (där elektroner och neutrino frigörs när en partikel bryter ned) ofta förekommer potentiellt under jordskorpan. Genom en process som kallas Urca tar dessa neutrinoer energi bort från systemet och effektivt kyler ner det. Forskare föreslår en ny mekanism som hjälper till att förena denna åsikt med den termonukleära explosionpotentialen som neutronstjärnor har (Francis "Neutrino").

Stjärnor inom stjärnor

Kanske ett av de konstigaste begreppen en neutronstjärna är involverad i är en TZO. Detta hypotetiska objekt sätts helt enkelt en neutronstjärna i en superröd jättestjärna och uppstår från ett speciellt binärt system där de två slås samman. Men hur kunde vi upptäcka en? Det visar sig att dessa föremål har en hållbarhetstid, och efter ett visst antal år kastas det superröda jättelagret av, vilket resulterar i en neutronstjärna som snurrar för långsamt för sin ålder, med tillstånd av en överföring av vinkelmoment. Ett sådant objekt kan vara som 1F161348-5055, en supernova-rest som är 200 år gammal men nu är ett röntgenobjekt och snurrar på 6, 67 timmar. Detta är alldeles för långsamt, såvida det inte var en del av en TZO i dess tidigare liv (Cendes).

Symbiotisk röntgenbinär

En annan typ av röd stjärna är involverad i ett annat konstigt system. Belägen i riktning mot Mjölkvägens centrum upptäcktes en röd jättestjärna i närheten av ett röntgenbrist. Vid en närmare undersökning upptäcktes en neutronstjärna i närheten av jätten, och forskare blev förvånade när de gjorde en del krossning. Det visar sig att de yttre skikten av den röda jätten som naturligt tappas bort i detta skede i dess liv drivs av neutronstjärnan och skickas ut som en bristning. Baserat på magnetfältavläsningarna är neutronstjärnan ung ... men den röda jätten är gammal. Det är möjligt att neutronstjärnan ursprungligen var en vit dvärg som samlade tillräckligt med material för att överträffa sin viktgräns och kollapsa till en neutronstjärna snarare än att bildas från en supernova (Jorgenson).

Den binära i aktion. |

Bevis för en kvanteffekt

En av de största förutsägelserna för kvantmekanik är idén om virtuella partiklar som stiger från olika potentialer i vakuumenergi och har enorma konsekvenser för svarta hål. Men som många kommer att säga er att testa denna idé är tuff, men lyckligtvis erbjuder neutronstjärnor en enkel (?) Metod för att upptäcka effekterna av virtuella partiklar. Genom att leta efter vakuumbrytning, en effekt som beror på virtuella partiklar som påverkas av ett intensivt magnetfält som får ljus att spridas som i ett prisma, har forskare en indirekt metod för att upptäcka de mystiska partiklarna. Star RX J1856.5-3754, belägen 400 ljusår bort, verkar ha detta förutsagda mönster (O'Neill "Quantum").

Magnetarupptäckter

Magneter händer mycket på en gång. Att hitta nya insikter i dem kan vara utmanande men det är inte helt hopplöst. Man såg genomgå en förlust av vinkelmoment, och det visade sig mycket insiktsfullt. Neutronstjärna 1E 2259 + 586 (fånga, eller hur?), Som är i riktning mot konstellationen Cassiopeia cirka 10 000 ljusår bort, befanns ha en rotationshastighet på 6.978948 sekunder baserat på röntgenpulser. Det är, fram till april 2012, då det minskade med 2, 2 miljoner sekund, och sedan skickade ut en enorm spräng av röntgenstrålar den 21 april. Big deal, eller hur? I denna magtnetar är emellertid magnetfältet flera magnitud större än en normal neutronstjärna och jordskorpan, som mestadels är elektroner, möter stor elektrisk resistivitet. Det får därmed en oförmåga att röra sig så snabbt som materialet under det och detta orsakar belastning på jordskorpan, som spricker och frigör röntgenstrålar. När jordskorpan rekonstitueras ökar snurret. 1E gick igenom en sådan snurrning och en snurrning och lägger en del bevis till denna modell av neutronstjärnor, enligt 30 maj 2013-numret av Nature av Neil Gehrels (från Goddard Space Flight Center) (NASA, Kruesi "Surprise" ).

Magnetar 1E 2259 + 586. |

Och gissa vad? Om en magnet tappar tillräckligt långsamt förlorar stjärnan sin strukturella integritet och den kommer att kollapsa ... till ett svart hål! Vi har nämnt ovan en sådan mekanism för att förlora rotationsenergi, men det kraftfulla magnetfältet kan också beröva energi genom att snabba längs EM-vågor på väg ut från stjärnan. Men neutronstjärnan måste vara stor - så massiv som minst 10 solar - om tyngdkraften ska kondensera stjärnan till ett svart hål (Redd).

J1834.9-0846 |

En annan överraskande magnetupptäckt var J1834.9-0846, den första som hittades med en solnebula runt den. En kombination av stjärnspinnet och magnetfältet runt den ger den energi som krävs för att se ljusstyrkan som nebulosan projicerar. Men vad forskarna inte förstår är hur nebulosan har bibehållits, för långsammare snurrande föremål låter deras vindnebulor gå (BEC, Wenz "A aldrig").

Men det kan bli ännu främling. Kan en neutronstjärna växla mellan att vara en magnet och en pulsar? Ja, ja det kan, som PSR J1119-6127 har visat sig göra. Observationer gjorda av Walid Majid (JPL) visar att stjärnan växlar mellan en pulsar och en magnetar, den ena drivs av snurr och den andra av högmagnetiskt fält. Stora hopp mellan utsläpp och magnetfältavläsningar har visat sig stödja denna vy, vilket gör denna stjärna till ett unikt objekt. Hittills (Wenz "This")

Citerade verk

BEC Crew. "Astronomer upptäcker 'vindnebulosa' runt den mest kraftfulla magneten i universum." sciencealert.com . Science Alert, 22 juni 2016. Web. 29 nov 2018.

Cendes, Yvette. “Den konstigaste stjärnan i universum.” Astronomi september 2015: 55. Tryck.

Francis, Matthew. "Neutrino ger Neutron Stars a Chill." Ars technica. Conte Nast., 3 december 2013. Web. 14 januari 2015.

Jorgenson, Amber. "Red Giant bringar sin följeslagare stjärna tillbaka till livet." Astronomy.com. Kalmbach Publishing Co., 06 Mar 2018. Web. 3 april 2018.

Kruesi, Liz. ---. "Överraskning: Magnetar Monster bromsar plötsligt snurret." Astronomi september 2013: 13. Tryck.

Moskowitz, Clara. ”Kärnpasta i Neutronstjärnor kan vara en ny typ av fråga, säger astronomer.” HuffingtonPost.com . Huffington Post, 27 juni 2013. Web. 10 januari 2015.

O'Neill, Ian. "Quantum 'Ghosts" sett i Neutron Star's Extreme Magnetism. " Seekers.com . Discovery Communications, 30 november 2016. Webben. 22 januari 2017.

Redd, Nola Taylor. "Kraftfulla magneter kan ge vika för små svarta hål." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 30 aug 2016. Web. 20 oktober 2016.

Seeds, Michael A. Horizons. Belmont: Thomson Higher Education, 2008: 226. Tryck.

Sokol, Joshua. "Squishy eller solid? En Neutron Star-insidor öppna för debatt." quanta.com . Quanta, 30 oktober 2017. Webben. 12 december 2017.

Timmer, John. "Tre år av stirrade låter forskare fånga en Neutronstjärna" Glitch. "" Arstechnica.com . Conte Nast., 11 april 2018. Web. 01 maj 2018.

Wenz, John. "En aldrig tidigare sett magnetnebulan upptäcktes just." Astronomy.com . Conte Nast., 21 juni 2016. Web. 29 nov 2018.

---. "Denna Neutron-stjärna kan inte göra sig upp." Astronomi maj 2017. Tryck. 12.