НЕЙТРОННІ ЗІРКИ
Зірки, у яких маса в 1,5-3 рази більше, ніж у Сонця не зможуть наприкінці життя зупинити свою стиснення на стадії білого карлика. Потужні сили гравітації стиснуться їх до такої щільності, при якій відбудеться «нейтралізація» речовини: взаємодія електронів з протонами призведе до того, що майже вся маса зірки буде укладена в нейтронах. Утворюється нейтронна зірка. Найбільш масивні зірки можуть звернутися в нейтронні, після того як вони вибухнуть як найновіші.
Концепція нейтронних зірок не нова: перше припущення про можливість їх існування було зроблено талановитими астрономами Фріцем Цвіккі і Вальтером Баарде з Каліфорнії в 1934р. (дещо раніше у 1932р. можливість існування нейтронних зірок була передбачена відомим радянським вченим Л. Д. Ландау.) Наприкінці 30-х років вона стала предметом досліджень інших американських вчених Оппенгеймера і Волкова. Інтерес цих фізиків до даної проблеми був викликаний прагненням визначити кінцеву стадію еволюції масивної спалюван-мающейся зірки. Так як роль і значення наднових розкрилися приблизно в той же час, було висловлено припущення, що нейтронна зірка може виявитися залишком вибуху наднової. На жаль, з початком другої світової війни увагу вчених перемкнулася на військові потреби і детальне вивчення цих нових і надзвичайно загадкових об `єктів було припинено. Потім, у 50-х роках, вивчення нейтронних зірок відновили чисто теоретично з метою встановити, чи мають вони відношення до проблеми народження хімічних елементів у центральних областях зірок. Нейтронні зірки залишаються єдиним астрофізичним об'єктом, існування і властивості яких були передбачені задовго до їх відкриття.
На початку 60-х років відкриття космічних джерел рентгенівського випромінювання дуже обнадіяло тих, хто розглядав нейтронні зірки як можливі джерела небесного рентгенівського випромінювання. До кінця 1967р. був виявлений новий клас небесних об'єктів - пульсари, що привело учених в замішання. Це відкриття стало найбільш важливою подією у вивченні нейтронних зірок, так як воно знову підняло питання про походження космічного рентгенівського випромінювання.
Говорячи про нейтронних зірок, слід враховувати, що їх фізичні характеристики встановлені теоретично і дуже гіпотетична, так як фізичні умови, що існують в цих тілах, не можуть бути відтворені у лабораторних експериментах.
Вирішальне значення на властивості нейтронних зірок надають гравітаційні сили. За різними оцінками, діаметри нейтронних зірок складають 10-200 км. І цей незначний з космічних поняттями обсяг «набитий» такою кількістю речовини, яка може скласти небесне тіло, подібне до Сонця, діаметром близько 1,5 млн. км, а за масою майже в третину мільйона разів важче Землі! Природний наслідок такої концентрації речовини - неймовірно висока щільність нейтронної зірки. Фактично вона виявляється настільки щільною, що може бути навіть твердою. Сила тяжіння нейтронної зірки настільки велика, що людина важив би там близько мільйона тонн. Розрахунки показують, що нейтронні зірки сильно намагнічені. Згідно з оцінками, магнітне поле нейтронної зірки може досягати 1млн. млн. гаус, тоді як на Землі воно складає 1 гаус. Радіус нейтронної зірки приймається близько 15 км, а маса - близько 0,6 - 0,7 маси Сонця. Зовнішній шар являє собою магнітосферу, що складається з розрідженої електронної та ядерної плазми, яка пронизана потужним магнітним полем зірки. Саме тут зароджуються радіосигналів, які є відмінною ознакою пульсарів. Надшвидкі заряджені частинки, рухаючись по спіралях уздовж магнітних силових ліній, дають початок різного роду випромінювань. В одних випадках виникає випромінювання в радіодіапазоні електромагнітного спектру, в інших - випромінювання на високих частотах. Майже відразу ж під магнітосфери щільність речовини досягає 1 т/см3, що в 100 000 разів більше щільності заліза.
Наступний за зовнішнім шар має характеристики металу. Цей шар «надтвердого» речовини, що знаходиться у кристалічній формі. Кристали складаються з ядер атомів з атомною масою 26 - 39 і 58 - 133. Ці кристали надзвичайно малі: щоб покрити відстань в 1 см, потрібно збудувати в одну лінію близько 10 млрд. кристалів. Щільність в цьому шарі більш ніж в 1 млн. разів вище, ніж в зовнішньому, чи інакше, в 400 млрд. разів перевищує щільність заліза. Рухаючись далі до центру зірки, ми перетинаємо третій шар. Він включає в себе область важких ядер типу кадмію, але також багатий нейтронами і електронами. Щільність третього шару в 1 000 разів більше, ніж попереднього.
Глибше проникаючи в нейтронну зірку, ми досягаємо четвертого шару, щільність при цьому зростає незначно - приблизно в п'ять разів. Проте при такій щільності ядра вже не можуть підтримувати свою фізичну цілісність: вони розпадаються на нейтрони, протони і електрони. Більша частина речовини перебуває у вигляді нейтронів. На кожен електрон і протон припадає по 8 нейтронів. Цей шар, по суті, можна розглядати як нейтронну рідина, «забруднений» електронами і протонами.
Нижче цього шару знаходиться ядро нейтронної зірки. Тут щільність приблизно в 1,5 рази більше, ніж у вышележащем шарі. І проте навіть таке невелике збільшення щільності призводить до того, що частинки в ядрі рухаються багато швидше, ніж у будь-якому іншому шарі. Кінетична енергія руху нейтронів, змішані з невеликою кількістю протонів і електронів, настільки велика, що постійно відбуваються непружні зіткнення часток. У процесах зіткнення народжуються всі відомі в ядерній фізиці частки і резонанси, яких налічується більше тисячі. Цілком ймовірно, присутня велика кількість ще не відомих нам частинок.
Температури нейтронних зірок порівняно високі. Цього і слід було чекати, якщо врахувати, як вони виникають. За перші 10 - 100 тис. років існування зірки температура ядра зменшується до декількох сотень мільйонів градусів. Потім настає нова фаза, коли температура ядра зірки повільно зменшується внаслідок випускання електромагнітного випромінювання.
Концепція нейтронних зірок не нова: перше припущення про можливість їх існування було зроблено талановитими астрономами Фріцем Цвіккі і Вальтером Баарде з Каліфорнії в 1934р. (дещо раніше у 1932р. можливість існування нейтронних зірок була передбачена відомим радянським вченим Л. Д. Ландау.) Наприкінці 30-х років вона стала предметом досліджень інших американських вчених Оппенгеймера і Волкова. Інтерес цих фізиків до даної проблеми був викликаний прагненням визначити кінцеву стадію еволюції масивної спалюван-мающейся зірки. Так як роль і значення наднових розкрилися приблизно в той же час, було висловлено припущення, що нейтронна зірка може виявитися залишком вибуху наднової. На жаль, з початком другої світової війни увагу вчених перемкнулася на військові потреби і детальне вивчення цих нових і надзвичайно загадкових об `єктів було припинено. Потім, у 50-х роках, вивчення нейтронних зірок відновили чисто теоретично з метою встановити, чи мають вони відношення до проблеми народження хімічних елементів у центральних областях зірок. Нейтронні зірки залишаються єдиним астрофізичним об'єктом, існування і властивості яких були передбачені задовго до їх відкриття.
Говорячи про нейтронних зірок, слід враховувати, що їх фізичні характеристики встановлені теоретично і дуже гіпотетична, так як фізичні умови, що існують в цих тілах, не можуть бути відтворені у лабораторних експериментах.
Вирішальне значення на властивості нейтронних зірок надають гравітаційні сили. За різними оцінками, діаметри нейтронних зірок складають 10-200 км. І цей незначний з космічних поняттями обсяг «набитий» такою кількістю речовини, яка може скласти небесне тіло, подібне до Сонця, діаметром близько 1,5 млн. км, а за масою майже в третину мільйона разів важче Землі! Природний наслідок такої концентрації речовини - неймовірно висока щільність нейтронної зірки. Фактично вона виявляється настільки щільною, що може бути навіть твердою. Сила тяжіння нейтронної зірки настільки велика, що людина важив би там близько мільйона тонн. Розрахунки показують, що нейтронні зірки сильно намагнічені. Згідно з оцінками, магнітне поле нейтронної зірки може досягати 1млн. млн. гаус, тоді як на Землі воно складає 1 гаус. Радіус нейтронної зірки приймається близько 15 км, а маса - близько 0,6 - 0,7 маси Сонця. Зовнішній шар являє собою магнітосферу, що складається з розрідженої електронної та ядерної плазми, яка пронизана потужним магнітним полем зірки. Саме тут зароджуються радіосигналів, які є відмінною ознакою пульсарів. Надшвидкі заряджені частинки, рухаючись по спіралях уздовж магнітних силових ліній, дають початок різного роду випромінювань. В одних випадках виникає випромінювання в радіодіапазоні електромагнітного спектру, в інших - випромінювання на високих частотах. Майже відразу ж під магнітосфери щільність речовини досягає 1 т/см3, що в 100 000 разів більше щільності заліза.
Наступний за зовнішнім шар має характеристики металу. Цей шар «надтвердого» речовини, що знаходиться у кристалічній формі. Кристали складаються з ядер атомів з атомною масою 26 - 39 і 58 - 133. Ці кристали надзвичайно малі: щоб покрити відстань в 1 см, потрібно збудувати в одну лінію близько 10 млрд. кристалів. Щільність в цьому шарі більш ніж в 1 млн. разів вище, ніж в зовнішньому, чи інакше, в 400 млрд. разів перевищує щільність заліза. Рухаючись далі до центру зірки, ми перетинаємо третій шар. Він включає в себе область важких ядер типу кадмію, але також багатий нейтронами і електронами. Щільність третього шару в 1 000 разів більше, ніж попереднього.
Глибше проникаючи в нейтронну зірку, ми досягаємо четвертого шару, щільність при цьому зростає незначно - приблизно в п'ять разів. Проте при такій щільності ядра вже не можуть підтримувати свою фізичну цілісність: вони розпадаються на нейтрони, протони і електрони. Більша частина речовини перебуває у вигляді нейтронів. На кожен електрон і протон припадає по 8 нейтронів. Цей шар, по суті, можна розглядати як нейтронну рідина, «забруднений» електронами і протонами.
Нижче цього шару знаходиться ядро нейтронної зірки. Тут щільність приблизно в 1,5 рази більше, ніж у вышележащем шарі. І проте навіть таке невелике збільшення щільності призводить до того, що частинки в ядрі рухаються багато швидше, ніж у будь-якому іншому шарі. Кінетична енергія руху нейтронів, змішані з невеликою кількістю протонів і електронів, настільки велика, що постійно відбуваються непружні зіткнення часток. У процесах зіткнення народжуються всі відомі в ядерній фізиці частки і резонанси, яких налічується більше тисячі. Цілком ймовірно, присутня велика кількість ще не відомих нам частинок.
Температури нейтронних зірок порівняно високі. Цього і слід було чекати, якщо врахувати, як вони виникають. За перші 10 - 100 тис. років існування зірки температура ядра зменшується до декількох сотень мільйонів градусів. Потім настає нова фаза, коли температура ядра зірки повільно зменшується внаслідок випускання електромагнітного випромінювання.