Нейтронная звезда

Строение нейтронной звезды.

Нейтро́нная звезда́ — астрономический объект, являющийся одним из конечных продуктов эволюции звёзд, состоящий из нейтронной сердцевины и сравнительно тонкой (∼1 км) коры вырожденного вещества, содержащей тяжёлые атомные ядра. Масса нейтронной звезды практически такая же, как и у Солнца, но радиус составляет около 10 км. Поэтому средняя плотность вещества такой звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8·10¹⁷ кг/м³). Считается, что нейтронные звезды рождаются во время вспышек сверхновых.

Столкновение

Общие сведения

Массы большинства известных нейтронных звёзд близки к 1,44 массы Солнца, что равно значению предела Чандрасекара. Теоретически же допустимы нейтронные звёзды с массами от 1,4 до примерно 2,5 солнечных масс, однако эти значения в настоящее время известны весьма неточно. Самые массивные нейтронные звёзды из открытых — Vela X-1 (имеет массу не менее 1,88±0,13 солнечных масс на уровне 1σ, что соответствует уровню значимости α≈34 %)^[1] и PSR J1614-2230 (англ.) (с оценкой массы 1,97±0,04 солнечных)^[2][3][4]. Силы тяготения в нейтронных звёздах уравновешиваются давлением вырожденного нейтронного газа, максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера — Волкова, численное значение которого зависит от (пока ещё плохо известного) уравнения состояния вещества в ядре звезды. Существуют теоретические предпосылки того, что при ещё большем увеличении плотности возможно перерождение нейтронных звезд в кварковые.^[5]

Магнитное поле на поверхности нейтронных звёзд достигает значения 10¹²—10¹³ Гс (для сравнения — у Земли около 1 Гс), именно процессы в магнитосферах нейтронных звёзд ответственны за радиоизлучение пульсаров. Начиная с 1990-х годов, некоторые нейтронные звёзды отождествлены как магнетары — звёзды, обладающие магнитными полями порядка 10¹⁴ Гс и выше. Такие поля (превышающие «критическое» значение 4,414·10¹³ Гс, при котором энергия взаимодействия электрона с магнитным полем превышает его энергию покоя m_ec²) привносят качественно новую физику, так как становятся существенны специфические релятивистские эффекты, поляризация физического вакуума и т. д.

История открытия

Гравитационное отклонение света (из-за релятивистского отклонения света видно более половины поверхности)

Нейтронные звёзды — одни из немногих астрономических объектов, которые были теоретически предсказаны до открытия наблюдателями.

В 1933 году астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки предположили, что нейтронные звёзды могут образовываться в результате взрыва сверхновой. Теоретические расчеты того времени показали, что излучение нейтронных звёзд слишком слабо, и их невозможно обнаружить. О нейтронных звёздах на время забыли. В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Э. Хьюиша, открыла объекты, излучающие регулярные импульсы радиоволн. Этот феномен был объяснён как узко направленный радиолуч от быстро вращающегося объекта — своеобразный «космический маяк». Но обычные звёзды разрушились бы от столь высокой скорости вращения. На роль таких маяков могли подходить только нейтронные звезды. Пульсар PSR B1919+21 считается первой открытой нейтронной звездой.

Классификация нейтронных звёзд

Существует два параметра, характеризующих взаимодействие нейтронных звёзд с окружающим веществом и как следствие их наблюдательные проявления: период вращения и величина магнитного поля. Со временем звезда расходует свою вращательную энергию, и её период вращения увеличивается. Магнитное поле тоже ослабевает. По этой причине нейтронная звезда за время своей жизни может менять свой тип. Ниже представлена номенклатура нейтронных звёзд в порядке убывания скорости вращения.^[6]

Эжектор (радиопульсар)

Сильные магнитные поля и малый период вращения. Магнитное поле вращается твердотельно, то есть с той же угловой скоростью, что и сама нейтронная звезда. На определённом радиусе линейная скорость вращения поля начинает превосходить скорость света. Этот радиус называется радиусом светового цилиндра. За этим радиусом обычное дипольное поле существовать не может, поэтому линии напряжённости поля в этом месте обрываются. Заряженные частицы, двигающиеся вдоль линий магнитного поля, через такие обрывы могут покидать нейтронную звезду и улетать на бесконечность. Нейтронная звезда данного типа эжектирует (от фр. éjecter — извергать, выталкивать) релятивистские заряженные частицы, которые излучают в радиодиапазоне. Для наблюдателя эжекторы выглядят как радиопульсары.

Пропеллер

Скорость вращения уже недостаточна для эжекции частиц, поэтому такая звезда не может быть радиопульсаром. Однако она всё ещё велика, и захваченная магнитным полем окружающая нейтронную звезду материя не может упасть, то есть аккреция вещества не происходит. Нейтронные звёзды данного типа практически не имеют наблюдательных проявлений, и изучены плохо.

Аккретор (рентгеновский пульсар)

Скорость вращения снижается до такой степени, что веществу теперь ничего не мешает падать на такую нейтронную звезду. Плазма, падая, движется по линиям магнитного поля и ударяется о твёрдую поверхность в районе полюсов нейтронной звезды, разогреваясь до десятков миллионов градусов. Вещество, нагретое до столь высоких температур, светится в рентгеновском диапазоне. Область, в которой происходит столкновение падающего вещества с поверхностью звезды, очень мала — всего около 100 метров. Это горячее пятно из-за вращения звезды периодически пропадает из вида, что наблюдатель воспринимает как пульсации. Такие объекты называются рентгеновскими пульсарами.

Георотатор

Скорость вращения таких нейтронных звёзд мала, и не препятствует аккреции. Но размеры магнитосферы таковы, что плазма останавливается магнитным полем раньше, чем она будет захвачена гравитацией. Подобный механизм срабатывает в магнитосфере Земли, из-за чего данный тип и получил своё название.

В литературе

• Ларри Нивен. «Нейтронная звезда»

См. также

• Великолепная семёрка (астрономия)

Примечания

Литература

• Шапиро С. Л., Тьюколски С. А. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды / Пер. с англ. под ред. Я. А. Смородинского. — М.: Мир, 1985. — Т. 1—2. — 656 с.
• С. Б. Попов, М. Е. Прохоров. Астрофизика одиночных нейтронных звёзд: радиотихие нейтронные звезды и магнитары ГАИШ МГУ, 2002
• Haensel P., Potekhin A.Y., Yakovlev D.G. Neutron Stars. — N. Y.: Springer, 2007. — Т. 1. — 619 с. — ISBN 978-0-387-33543-8
• А. Ю. Потехин. Физика нейтронных звёзд (рус.) // УФН. — 2010. — Т. 180. — С. 1279—1304.

Ссылки

	Нейтронная звезда на Викискладе?

• Популярно о нейтронных звёздах
• Зоопарк нейтронных звезд

Звёзды
Эволюция	Формирование • Звёзды до главной последовательности • Главная последовательность • Горизонтальная ветвь • Асимптотическая ветвь гигантов • Полоса нестабильности • Красное сгущение • Туманности (Планетарная • Протопланетарная) • Яркая голубая переменная • Звезда Вольфа — Райе • Псевдосверхновая • Сверхновая • Гиперновая • Диаграмма Герцшпрунга — Рассела • Звёздное население
Протозвёзды	Молекулярное облако • Глобула • Молодые объекты • Объект Хербига — Аро • Трек Хаяши • Предел Хаяси • Трек Хеньи • Орионовы переменные (Типа T Тельца • Фуоры) • Звёзды Хербига (Ae/Be)
Типы	Субкарлик • Карлики (Красный • Жёлтый • Оранжевый • Голубой) • Субгигант • Гиганты (Красный • Голубой • Яркий) • Сверхгиганты (Красный • Жёлтый • Голубой) • Гипергиганты (Жёлтый) • Голубые отставшие звёзды • Оболочечная • Углеродная (Метиновая) • Бариевая • S-типа • Пекулярная • Технециевая • Ртутно-марганцевая • Переменная
Останки	Обычное вещество Белый карлик • Чёрный карлик Нейтронная звезда Пульсар (Радио • Рентгеновский) • Магнетар (Аномальный рентгеновский пульсар • Источник мягких повторяющихся гамма-всплесков) • Великолепная семёрка • Вращающийся радиотранзиент Сверхплотные Чёрная дыра звёздной массы • Плотная звезда Гипотетические Экзотическая звезда (Кварковая • Преонная • Q) • Железная звезда
«Недозвёзды»	Коричневый карлик • Субкоричневый карлик • Планетар
Строение	Ядро • Конвективная зона • Лучистая зона • Фотосфера • Хромосфера • Корона • Ветер (Пузырь) • Металличность • Магнитное поле • Астросейсмология • Солнцеподобные осцилляции • Предел Эддингтона
Нуклеосинтез	Процессы (s- • r- • p- • rp- • Альфа-) • Тройная гелиевая реакция • Протон-протонный цикл • Углерод-азотный цикл • Гелиевая вспышка • Ядерное горение (Углерода (Детонация) • Кислорода • Неона • Кремния)
Свойства	Спектральный класс • Эффективная температура • Кинематика (Собственное движение • Угловая скорость) • Микротурбулентность • Солнечная масса • Планетная система • Вращение звезды • Звёздная система (Двойная звезда • Кратная звезда) • Звёздная динамика • UBV-фотометрия • Обозначения звёзд • Звёздная величина (Абсолютная)
Списки	Имена • Наиболее массивные • Самые маломассивные • Крупнейшие • Самые яркие • Самые мощные • Ближайшие • Коричневые карлики