Gwiazda neutronowa – czym jest i jak powstaje?

● Gwiazdy to kuliste ciała niebieskie zbudowane głównie z gazów i plazmy.

● Mimo nazwy, gwiazdy neutronowe nie są typowymi gwiazdami: obiekty te nie wytwarzają energii, jednak są widoczne przez wypalanie jej pozostałości.

● Gwiazdy neutronowe są pozostałościami gwiazd, które dotarły do końca swojej podróży w czasie i przestrzeni.

● W poniższym artykule postaramy się wyjaśnić właściwości tego obiektu oraz odpowiedzieć na pytania, czym jest gwiazda neutronowa i jak powstaje, co to są pulsary i co powinniśmy wiedzieć o magnetarach.

Za podstawę powstania koncepcji pojęcia gwiazd neutronowych uznaje się odkrycie samego neutronu. Dokonał tego w 1932 roku James Chadwick, a odkrycie zostało 3 lata później nagrodzone Noblem. W 1933 roku, została przedstawiona koncepcja gwiazdy neutronowej. Podczas konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego swoją teorię przekazali astronomowie Walter Baade oraz Fritz Zwicky.

Początkowo zjawisko to uważano za mało istotne. Zmieniło się to pod koniec lat 60. XX wieku, kiedy to astrofizyk Franco Pacini zauważył, że gwiazdy te wirują, przez co wytwarzają pola magnetyczne. Wywnioskowano z tego, że są one źródłami fal elektromagnetycznych. Dowodem na istnienie tych obiektów było zaobserwowanie przez Jocelyn Bell za pomocą radioteleskopu pierwszego w historii pulsara (1967 rok). Od tego momentu astronomowie odkryli znaczną liczbę tych obiektów.

Ostatnim etapem istnienia gwiazdy jest jej wybuch, który nazywamy supernową. Gwiazdy neutronowe powstają w wyniku umierania gwiazd. Po długim okresie trwania gwiazdom zaczyna brakować pierwiastków niezbędnych do reakcji jądrowej: wodoru i helu. Masywne gwiazdy wytwarzają rdzeń, w którym – przez niedobór pierwiastków – nie mogą dłużej zachodzić reakcje jądrowe. Elektrony poruszające się wówczas z ogromną prędkością łączą się protonami, tworząc neutrony. Dochodzi wtedy do zapadnięcia się centralnej części gwiazdy. W wyniku kurczenia się rdzenia wyzwalana jest ogromna energia, odrzucająca większość masy gwiazdy do przestrzeni kosmicznej. Pozostała część tworzy gwiazdę neutronową.

Gwiazda neutronowa jest obiektem o bardzo dużej gęstości. Zakłada się, że gdyby napełnić łyżeczkę taką materią, miałaby masę około 6 miliardów ton. Średnia wielkość tych gwiazd osiąga 25 kilometrów średnicy, a przekłada się to na masę zbliżoną do dwóch mas słońca. Ze względu na to, że są ciężkie, a stosunkowo niewielkie, uznaje się je za najgęstsze obiekty we Wszechświecie.

Gwiazdy te rodzą się jako obiekty bardzo gorące, ale temperatura szybko spada. Gwiazda neutronowa posiada niezwykle silne pole grawitacyjne. Dodatkowo prędkość obrotowa obiektu jest rekordowo duża.

W kosmosie istnieje wiele różnych gwiazd neutronowych. Różnią się one od siebie nie tylko wielkością i rozmiarami. Niektóre z nich posiadają znacznie silniejsze niż inne pole magnetyczne. Do takich można zaliczyć pulsary i magnetary. Wytwarzają one także różne promieniowanie. Gwiazdy neutronowe mogą posiadać właściwości zarówno pulsarów, jak i magnetarów.

Pulsary są typem gwiazdy neutronowej, która wytwarza promieniowanie świetlne oraz fale radiowe. Od innych gwiazd neutronowych różni je dużo większe magnetyzowanie, pozwalające na emisję światła. Prędkość obrotowa pulsarów jest znacznie większa, a ich cechą charakterystyczną są krótkie i regularne obroty – dzięki temu obserwator można doznać wrażenia pulsowania światła (stąd pulsary). Ich aktywność maleje wraz z upływem czasu. Po kilku milionach lat stają się zwykłymi gwiazdami neutronowymi.

Magnetary są typem gwiazdy neutronowej wytwarzającej promieniowanie rentgenowskie i gamma. Charakteryzują się potężnym polem magnetycznym, nawet o tysiąc razy większym od pozostałych gwiazd neutronowych. W odróżnieniu od pulsarów, emisja promieni nie jest stała. Gdy są nieaktywne, narasta w nich siła naprężenia wywołana przez pole magnetyczne. Po przekroczeniu wartości krytycznej powstają impulsy elektryczne. Po każdym takim impulsie magnetar obraca się wolniej. Szacuje się, że po 10 tysiącach lat stają się zwykłymi gwiazdami neutronowymi.

Źródła: if.pw.edu.pl/~wosinska/wyk10_neutronowe.pdf nasa.gov/mission_pages/chandra/news/casa2011.html rp.pl/kosmos/art1186051-tajemnice-gwiazd-neutronowych mdpi.com/2218-1997/7/2/24/htm encyklopedia.biolog.pl/index.php?haslo=Gwiazda_neutronowa national-geographic.pl/artykul/gwiazdy-neutronowe