La fel ca aproape toate lucrurile din univers, stelele se nasc, își trăiesc viața și apoi mor în decursul a milioane și uneori miliarde de ani. Cercetătorii au avut nevoie de zeci de ani pentru a identifica și cataloga diferitele tipuri de stele, modul în care acestea se formează și secvența lor evolutivă.
Modul în care o stea își încheie viața depinde, în cele din urmă, de o singură caracteristică a acesteia: masa. Dacă este o stea cu o masă mică, atunci se va sfârși ca o pitică albă, o gaură neagră dacă este o stea masivă, dar orice se află între acestea se va prăbuși într-o stea neutronică.
Așadar, o stea neutronică este practic un nucleu remanent al unei stele prăbușite. Acestea sunt mici și extrem de masive. O stea neutronică tipică are o rază cuprinsă între 10-13,5 km și o masă cuprinsă între 1,4 și 2,16 mase solare.
Stelele neutronice rezultă în urma unei explozii de supernovă (are loc în ultimele etape ale vieții stelare), asistată de colapsul gravitațional care stoarce nucleul stelar atât de tare încât atinge densitatea nucleelor atomice. În timp, ele pot evolua în continuare prin diverse mijloace.
Am compilat aici 15 fapte interesante despre stelele neutronice pe care orice pasionat de spațiu ar trebui să le știe.
10. Există trei tipuri de stele neutronice
Pe baza caracteristicilor lor unice, stelele neutronice pot fi împărțite în trei subtipuri: pulsari cu raze X, magnetari și pulsari radio. Pulsarii radio sau pur și simplu pulsarii sunt cel mai comun tip de stele neutronice care emit impulsuri electromagnetice puternice. Cu toate acestea, sunt extrem de dificil de detectat.
Deoarece pulsarii emit radiații electromagnetice de la polii lor magnetici, aceștia pot fi observați doar atunci când fasciculul de radiații este îndreptat spre Pământ. De pe Pământ, acest fascicul ar apărea ca și cum ar veni dintr-un punct fix din spațiu. Acest fenomen este cunoscut și sub numele de efectul farului.
Acești pulsari, dacă sunt găsiți într-o “stare specială”, ne pot oferi cunoștințe neprețuite despre univers.
Un magnetar este un subtip unic de stea neutronică care prezintă câmpuri magnetice extrem de puternice. În timp ce alte caracteristici, cum ar fi raza, temperatura și densitatea magnetarilor sunt similare altor stele neutronice, acestea se diferențiază de celelalte prin câmpurile lor magnetice puternice și o rată de rotație ușor mai mare.
Impresia artistului unui magnetar | Image Courtesy: ESO/L. Calçada
Pulsarii cu raze X sunt, de asemenea, cunoscuți sub numele de pulsari alimentați prin acreție, care există, în general, într-un sistem stelar binar în care o stea neutronică se află pe orbită cu un alt companion stelar. Aceștia emit energie în spectrul de raze X.
Subtipurile de pulsari cu raze X includ pulsarii de milisecunde (pulsari reciclați), binari cu raze X de masă mică, binari cu raze X de masă intermediară și binari cu raze X de masă mare.
9. Sunt foarte fierbinți și extrem de dense
Temperatura de suprafață a aproape tuturor stelelor neutronice observabile este de aproximativ 600.000 K, iar în cazul celor nou formate este chiar mai mare. În comparație, Soarele are o temperatură de suprafață de aproximativ 5, 775 K, în timp ce Sirius, o pitică albă, are o temperatură de suprafață de 9, 940 K.
O stea neutronică este compactă și atât de densă încât o lingură plină cu o mostră de material din stea ar cântări mult peste un miliard de tone. Densitatea sa este foarte variabilă care crește odată cu adâncimea. În apropierea nucleului, o stea neutronică devine mai densă decât un nucleu atomic.
În plus, câmpul lor magnetic este de aproximativ un cvadrilion de ori, iar câmpul gravitațional este de aproximativ 200 de miliarde de ori mai puternic decât cel al Pământului. Cu toate acestea, motivul din spatele câmpului lor magnetic puternic rămâne un mister.
8. Cea mai apropiată stea neutronică
Concept artistic al unei “stele neutronice izolate” | Image Courtesy: Casey Reed/Penn State University
În 2007, un grup de cercetători a descoperit în constelația Ursa Minor, la o distanță de aproximativ 250-1000 de ani-lumină, o sursă ciudată de raze X, pe care au identificat-o ulterior ca fiind o stea neutronică. Ar putea fi, probabil, cea mai apropiată stea neutronică de Pământ.
Desemnată oficial ca 1RXS J141256.0+792204, steaua neutronică este supranumită Calvera, după numele antagonistului din popularul film din anii 1960 “Cei șapte magnifici” Spre deosebire de majoritatea stelelor observabile, Calvera aparține unui grup rar de stele neutronice izolate, care nu au nici resturi de supernove și nici o stea companion.
Citește: Cât de mari sunt stelele neutronice?
7. Există aproximativ două mii de pulsari cunoscuți în Calea Lactee
Conform unei estimări bazate pe numărul de explozii de supernove, ar trebui să existe cel puțin 100 de milioane de stele neutronice prezente în galaxia noastră Calea Lactee. Cu toate acestea, astronomii au descoperit până în prezent doar mai puțin de două mii de pulsari (cel mai comun tip de stea neutronică).
Acest contrast masiv în ceea ce privește numărul lor s-ar putea datora vârstei lor. Stelele neutronice au, în general, o vârstă de miliarde de ani, ceea ce le oferă timpul necesar pentru a se răci. Fără energia necesară pentru a emite la diferite lungimi de undă, mulți pulsari devin aproape invizibili pentru sateliții noștri. Chiar și pulsarii tineri pot trece neobservați din cauza câmpului lor îngust de emisie.
6. Cea mai rapidă stea neutronică se rotește cu o rată de 716 ori pe secundă
Stelele neutronice nou-născute pot atinge o rată de rotație extrem de mare datorită conservării momentului unghiular. Cea mai rapidă stea neutronică cu cea mai rapidă rotație înregistrată până în prezent este PSR J1748-2446ad, situată în constelația Sagittarius, la aproximativ 18.000 de ani-lumină distanță de Pământ.
Pulsarul îndepărtat se rotește la o rată furios de 716 ori pe secundă sau 43.000 de rotații pe minut. Studiile au confirmat că steaua are o masă puțin mai mică de două mase solare și o rază de mai puțin de 16 km.
5. Viteza lor de rotație poate crește și mai mult
În unele cazuri, o stea neutronică dintr-un sistem binar poate începe să absoarbă materie sau plasmă acumulată de la steaua parteneră. Acest proces poate crește semnificativ viteza de rotație a stelei neutronice și îi poate schimba, de asemenea, forma în sferoid oblic. Aceste schimbări sunt declanșate de interacțiunea dintre magnetosfera stelei și plasmă.
Deși acest fenomen a fost observat pentru prima dată la câțiva pulsari cu raze X, cum ar fi Centaurus X-3 și Hercules X-1, acum este observat și la alți pulsari asemănători. În altă ordine de idei, se înregistrează, de asemenea, o scădere pe termen lung a perioadei de pulsare a lui Centaurus X-3.
Citiți: Chiar și steaua neutronică incredibil de densă cade ca o pană
4. Stelele neutronice pot suferi uneori o “defecțiune”
Conceptul unui artist al unui “cutremur stelar” | Image Courtesy: NASA
În termeni astronomici, un “glitch” denotă o creștere bruscă a vitezei de rotație a unei stele neutronice care pulsează. Se crede că această creștere bruscă este cauzată de un fenomen cunoscut sub numele de cutremur stelar – o schimbare bruscă în crusta unei stele. Cu toate acestea, nu este dovedit științific. Un cutremur stelar face ca raza ecuatorială a stelei să se micșoreze și mai mult și, deoarece momentul unghiular se conservă, viteza sa crește.
O serie de studii recente au indicat faptul că nivelul de energie eliberat în timpul unui cutremur stelar nu ar fi suficient de mare pentru a provoca o defecțiune. În schimb, a fost avansată o nouă teorie în care aceste glitch-uri pot fi explicate cu ajutorul perturbațiilor din nucleul superfluid ipotetic al unui pulsar.
3. Poate exista într-un sistem binar complex
Cele mai multe dintre stelele neutronice observabile există într-un sistem binar, în care acestea sunt împerecheate fie cu pitice albe, fie cu stele din secvența principală, fie cu gigante roșii, fie cu o altă stea neutronică. Cercetătorii au teoretizat, de asemenea, posibilitatea existenței unui sistem stea neutronică-găură neagră, care, dacă ar fi găsit, ar putea fi Sfântul Graal al fizicii.
Dar în 2003, o echipă internațională de radioastronomi de la Observatorul Parkes, Australia, a descoperit un sistem binar cu doi pulsari, adică două stele neutronice care pulsează într-un sistem legat gravitațional. Acesta este singurul sistem binar de pulsari cunoscut până acum. Cei doi pulsari sunt denumiți PSR J0737-3039A și PSR J0737-3039B.
2. Stelele neutronice pot găzdui și planete
Concept artistic al sistemului PSR B1257+12
Ca și altele, stelele neutronice pot găzdui și ele planete și chiar au un sistem planetar bine definit. Teoretic, aceste exoplanete pot fi autohtone, capturate sau există sub formă circumbinară (o planetă într-un sistem stelar binar).
Mai mult, o stea neutronică pulsatorie într-un sistem binar poate elimina în întregime atmosfera stelei sale tovarășe, lăsând în urmă doar masa cerească goală. Aceste mase pot fi interpretate fie ca o planetă, fie ca un obiect stelar.
Citește: Misterioase explozii radio rapide și misterioase provin de la o stea neutronică ce orbitează în jurul unei găuri negre
Doar două astfel de sisteme planetare au fost confirmate până în prezent. Primul este alcătuit din trei planete, și anume Poltergeist, Phobetor și Draugr, care se învârt în jurul PSR B1257+12. Cel de-al doilea sistem conține doar o singură lume extrasolară, iar aceasta se rotește în jurul PSR B1620-26.
Interesant: Draugr a fost cea mai mică exoplanetă descoperită în perioada în care a fost descoperită.
1. O coliziune a două stele neutronice
La 17 august 2017, aproximativ 70 de observatoare diferite din întreaga lume, inclusiv Virgo și LIGO, au detectat un semnal de unde gravitaționale cunoscut acum sub numele de GW170817. Această undă gravitațională a fost produsă în timpul ultimelor minute ale coalescenței a două stele neutronice. Deși nu a fost prima detectată, aceasta este considerată o descoperire revoluționară în astronomie.
Citește și: Cea mai mare rezoluție a unei stele neutronice la 6.500 de ani-lumină distanță
Motivul din spatele acestei descoperiri este că toate semnalele de unde gravitaționale înregistrate anterior au fost cauzate de o fuziune a unor găuri negre care nu emit niciun semnal electromagnetic semnificativ. La scurt timp după coliziune, telescopul spațial Fermi Gamma-ray a observat o scurtă explozie de raze gamma denumită GRB 170817A.
Câteva fapte scurte
15. Binarul Hulse-Taylor sau PSR B1913+16 este un pulsar care, împreună cu o stea neutronică, formează un sistem stelar binar. După descoperirea sa în 1972, a devenit primul pulsar binar observat și s-a dovedit a fi crucial în studiul undelor gravitaționale. Descoperirea și analizele ulterioare le-au adus lui Russell Alan Hulse și Joseph Hooton Taylor Jr. premiul Nobel pentru fizică în 1993.
14. Spre deosebire de un glitch, o stea neutronică poate experimenta și un “anti-glitch” În timpul unei faze de “anti-glitch”, se poate observa o scădere bruscă a vitezei de rotație a stelei neutronice. Până în prezent, acest fenomen a fost observat doar în cazul unui magnetar. Cercetătorii nu au reușit încă să găsească cauza care stă la baza unui astfel de comportament, deoarece modelele actuale ale stelelor neutronice nu îl prevăd.
13. Comparabilă cu limita Chandrasekhar (masa maximă la care o pitică albă poate rămâne stabilă), limita Tolman-Oppenheimer-Volkoff reprezintă plafonul superior al masei unei stele neutronice, după care steaua moartă se prăbușește în continuare într-o gaură neagră. Valoarea sa variază între 1,5 și 3,0 masă solară.
12. Existența stelelor neutronice a fost prezisă de astronomii Walter Baade și Fritz Zwicky în 1934, cu mai bine de trei decenii înainte ca acestea să fie confirmate pentru prima dată. Predicția lor a venit la mai puțin de doi ani după ce Sir James Chadwick a observat vag neutronul în 1932.
11. Cele Șapte Magnifice este numele dat unui grup de stele neutronice tinere și izolate, care se află la o distanță cuprinsă între 390 și 1630 de ani-lumină și sunt cele mai apropiate de Pământ. Prima stea neutronică din grup a fost RX J1856.5-3754, care a fost descoperită în 1992 și apoi confirmată în 1996.
Celelalte șase stele din grup sunt RX J0806.4-4132, RX J0720.4-3125, RBS1556, RBS1223, RX J0420.0-5022 și 1RXS J214303.7+065419. Fiecare dintre cele șapte surse de raze X sunt detectate de satelitul ROSAT.
