Neutronska zvezda - Forum

Page 1 of 1 1
Forum moderator: MarijanaBK1

Forum » Obrazovanje » Nauka » Neutronska zvezda

Neutronska zvezda

• cp6uja

Par reči o sebi

4884
poruka na forumu
295 1518

post # 1 | 06.07.2011 , 6:15 PM

Neutronska zvezda je vrsta zvezde, ili preciznije zvezdanog ostatka, koja može da nastane usled gravitacionog kolapsa masivne zvezde tokom supernove. Neutronske zvezde su sačinjene gotovo isključivo od neutrona, subatomskih čestica bez naelektrisanja i gotovo identične mase kao proton. Ove zvezde imaju veliku temperaturu (oko milion Kelvina) zbog velike gustine, a dalje urušavanje zvezde je onemogućeno usled Paulijevog principa isključenja. Ovaj princip govori da dve čestice (u ovom slučaju dva neutrona) ne mogu da simultano budu u istom kvantom stanju. Neutronske zvezde su prvo teorijski predviđene 1933. od strane Valtera Badea i Frica Cvikija, a pronađene su 1967. godine kao pulsari.

Nastanak

Neutronske zvezde su jedan od mogućih finalnih stadijuma zvezdane evolucije. U ekploziji supernove jezgro zvezde kolabira i nastaje zvezdani objekat dosta manje mase u odnosu na masu prvobitne zvezde. Neutronske zvezde imaju masu od 1,4 do približno 3 mase Sunca. Zvezdani ostaci mase ispod Čandrasekarove granice (1,4 mase Sunca) su beli patuljci, a sa preko 3 mase Sunca nastaju crne rupe.

Prilikom ekspozije supernove, jezgro zvezde koje se urušava i od kojeg nastaje neutronska zvezda zadržava veliki deo svog ugaonog momenta. Kako sad ima samo mali deo svog nekadašnjeg prečnika, novoformirana neutronska zvezda ima veoma veliku brzinu rotacije. Raspon perioda rotacije kod ovih zvezda se kreće od 1,4 milisekunde do 30 sekundi.

Usled zračenja energije na račun rotacione energije, neutronska zvezda vremenom polako usporava svoju rotaciju. Brzina usporavanja je izuzetno mala, i iznosi od 10-12 do 10-12 sekundi po veku. Sporije usporavaju neutronske zvezde sa slabijim magnetskim poljem.

Svojstva

Neutronske zvezde imaju masu veću od 1,4 mase Sunca, a njihov prečnik je reda veličine 10 kilometara, tj. oko 70.000 puta manje od prečnika Sunca. Ovo znači da je srednja gustina 1014 puta veća od Sunčeve. Jedna kašičica materija sa neutronske zvezde (5 mililitara) bi imala masu od 5×1012 kilograma, tj. oko 15 puta veću masu od mase svih živih ljudi na planeti.

Kako ovi objekti imaju zvezdane mase, a jako male prečnike, njihovo gravitaciono polje je izuzetno snažno. Kosmička brzina, koja govori kolika je potrebna brzina tela da bi se ono oslobodilo gravitacionog uticaja nebeskog tela, za neutronske zvezde iznosi oko 100.000 km/s, što je trećina od brzine svetlosti. Telo koje bi palo sa visine od samo jednog metra, udarilo bi površinu neutronske zvezde brzinom od oko 2000 km/s.

Temperatura unutar novoformirane neutronske zvezde je preko 100 milijardi Kelvina. Ipak, ogroman broj neutrina koje ova zvezda u početku emituje brzo odnosi veliki deo energije, tako da se temperatura za svega nekoliko godina spušta na oko milion Kelvina. I pri tolikoj temperaturi, najveći deo zračenja zvezda odašilje u oblasti iks zraka. Što se tiče vidljive svetlosti, približno ista energija se zrači u svim delovima vidljivog spektra tako da neutronska zvezda izgleda bela kad se posmatra u vidljivom delu spektra.

Otkriće

1932. godine Ser Džejms Čedvik (engl. Sir James Chadwick) je otkrio neutron, novu subatomsku česticu, za čega je dobio Nobelovu nagradu 1935. godine.

Svega godinu dana kasnije, 1933. godine, Valter Bade (nem. Walter Baade) i Fric Cviki (nem. Fritz Zwicky) su pretpostavili postojanje zvezde sastavljene od neutrona. Tragajući za objašnjenjem nastanka supernove, mislili su da one stvaraju zvezde sačinjene od neutrona.

1967. godine Džoselin Bel (engl. Jocelyn Bell) i Entoni Hjuiš (engl. Antony Hewish) su otkrili pulsare, i time potvrdili pretpostavku o postojanju neutronskih zvezda.

Posebne vrste neutronskih zvezda

Pulsari - neutronska zvezda čija osa magnetnog polja posle svake rotacije se uperi ka Sunčevom sistemu, tako da mi dobijamo pravilno periodične impulse zračenja sa ove zvezde. Kaže se da su pulsari svemirski svetionici.

Magnetari - neutronska zvezda sa izuzetno, izuzetno jakim magnetskim poljem, koje odašilje najviše zraka u gama spektru.

Added (06 Jul 2011, 6:11 PM)
---------------------------------------------
[move]

Pulsari

[/move]

Pulsari su neutronske zvezde prečnika oko 10 km. Nalaze se u početnim fazama svoje evolucije kao neutronske zvezde. Pulsari izuzetno brzo rotiraju; najbržim pulsarima za jedan je okret potrebno tek oko 3 ms. Milisekundnim pulsarima se nazivaju oni koji rotiraju brže od 100 puta u sekundi. PSR J1740-5340 se okrene čak 274 puta u sekundi. Pulsari u pravcu ose svog magnetnog polja ispuštaju jako elektromagnetno zračenje, najčešće u obliku radio-talasa, mada zračenje može biti uočljivo i u drugim delovima spektra. Usled rotacije i uskog snopa radio-talasa ponaša se kao svemirski svetionik. Frekvencija pulsiranja poklapa sa frekvencijom rotacije pulsara.

Kompozitna fotografija (kombinacija optičkog i spektra X zraka) pulsara Rakove magline, pokazuje kako se okolni gasovi iz magline mešaju pod uticajem pulsarevog magnetnog polja i zračenja.

Pulsari su otkriveni u leto 1967. godine od strane tada studenta postdiplomca Džoselin Bel (engl. Jocelyn Bell) i njenog mentora profesora Entonija Hjuiša (engl. Antony Hewish). Dok su proučavali pomoću radio-teleskopa kvazare, uočili su sasvim neobičan radio-izvor.

Taj izvor je zračio kratkotrajne radio-impulse na talasnoj dužini 3.7 metara koji su se strogo periodično, svakih 1.33 sekunde, ponavljali. Uskoro su bila otkrivena još tri takva ista izvora, sa drugim, takođe skoro sekundnim pravilnim periodima.

Ideja o zemaljskom poreklu ovih izvora je odmah odbačena, jer su se signali mogli ponovo čuti posle tačno jednog zvezdanog dana. To je bila posledica konstrukcije teleskopa kojim je posmatrano koji je bio fiksiran i uperen na tačno jedno parče neba. Zbog toga su nalazači posumnjali da su ti signali veštačkog porekla. Stoga su prva četiri otkrivena pulsara nazvana LGM 1-4, što je bila skraćenica od Little Green Men (eng. Mali Zeleni Ljudi).
Posle višemesečnih spekulisanja, rešenje zagonetke je pronađeno u do tada samo teorijski znanim objektima, neutronskim zvezdama. Tako da su time pulsari bili prve posmatrane neutronske zvezde, a uzrok stroge periodičnosti radio-impulsa je samo njihova brza rotacija.
Ipak, prostorija u kojoj je prezentovano otkriće pulsara bila je okićena papirnim ukrasima u obliku malih zelenih vanzemaljaca.

Zračenje pulsara se objašnjava kao snop zračenja koji se usmeri prema Sunčevom sistemu, jedanput posle svake rotacije neutronske zvezde. Ovakav rotirajući snop se objašnjava nepodudaranjem ose rotacije i ose magnetnog polja pulsara. Zračenje koje primimo odašilju magnetni polovi pulsara u pravcu ose magnetnog polja. Kako magnetni polovi takođe rotiraju, ako se Zemlja nađe u jednom trenutku u pravcu ose magnetnog polja, mi ćemo primiti to zračenje i videti pulsar.

Verovatnoća da se Zemlja nađe u takvom položaju nije velika. Što znači da postoje mnoge neutronske zvezde koje mi ne vidimo kao pulsare, jer se njihova osa magnetnog polja ni u jednom trenutku ne nađe u našem pravcu. Što znači da je svaki pulsar i neutronska zvezda, ali nije svaka neutronska zvezda pulsar, jer za to je potrebno i da ispušta zračenje u pravcu Sunčevog sistema.

Izvor energije ovog zračenja je rotaciona energija pulsara. Elektroni usled jakog magnetnog polja se kreću spiralno u odnosnu na linije sile polja i dobijaju velike brzine, čak brzine blizu brzine svetlosti. Pri tako velikim brzinama elektron oslobodi foton iks ili gama zraka na račun svoje kinetičke energije i samim tim uspori (ovo zračenje je poznato kao sinhrotronsko zračenje). Što znači da se energija gubi vremenom usled zračenja, tj. da pulsari polako usporavaju i smanjuju brzinu rotacije. Milisekundni, koji su najbrži trenutno poznati pulsari su verovatno ubrzani kad im se povećao ugaoni moment usled priliva nove materije na njih. Najverovatnije su oni članovi dvojnog sistema sa crvenim džinom čija materija polako pada na površinu pulsara i ubrzava ga do više od stotinu rotacija u sekundi.
Magnetno polje jednog pulsara je oko 100 milijardi puta jače od Zemljinog magnetnog polja.
Oko jednog pulsara je otkrivena prva vansolarna planeta. Kasnije se videlo da postojanje planete oko pulsara nije toliko retko.

Skica jednog pulsara sa prikazanom osom rotacije i osom magnetnog polja

Added (06 Jul 2011, 6:15 PM)
---------------------------------------------

[move]Magnetar[/move]

Magnetar je neutronska zvezda sa izuzetno jakim magnetskim poljem, čiji raspad napaja emisiju ogromne količine visoko-energijskog elektromagnetnog zračenja, naročito X i gama zraka. Teoriju u vezi sa ovim objektima su formulisali Robert Dankan i Kristofer Tomspon godine 1992. U sledećoj dekadi, hipoteza o postojanju magnetara postala je široko prihvaćena kao moguće fizičko objašnjenje za opažene kosmičke objekte poznate kao meki gama ponavljači i [[anomalni pulsari x-zraka]].

Umetničko viđenje magnetara, sa linijama magnetskog polja.

Sažimanje zvezde do neutronske zvezde u supernovi, dovodi do dramatičnog porasta magnetskog polja (dvostuko smanjenje linearne dimenzije dovodi do četvorostrukog porasta magnetskog polja). Dankan i Tomson su izračunali da magnetsko polje neutronske zvezde, normalno već ogromno 108 tesla može pod isvesnim uslovima da dostigne 1011 tesla. I tako nastaje magnetar.

Procenjuje se da jedna supernova od svakih deset postane magnetar, a ne 'obična' neutronska zvezada ili pulsar. To se dešava kada zvezda, pre supernove, već brzo rotira i poseduje jače magnetsko polje. Misli se da magnetarovo magnetsko polje izaziva konvekcija vrele nuklearne materije u unutrašnjosti neutronske zvezde u prvih desetak sekundi od njenog nastanka.

U spoljašnjim slojevima magnetara, koji se sastoje od plazme teških elemenata (uglavnom gvožđa), mogu da se jave naponi koji dovode do zvezdanih seizmičkih potresa. Te seizmičke vibracije su ogromnih energija, što se ispoljava kroz pulseve gama- i h-zračenja. Astronomi te objekte nazivaju mekani gama ponavljači.

Život magnetara kao mekanog gama ponavljača je kratak: zvezdani potresi izazivaju izbacivanje ogromne količine energije i materije. Radijalno izbačena materija sobom odnosi i ugaoni moment što dovodi do usporavanja rotacije. Magnetari gube rotacionu brzinu mnogo brže nego druge neutronske zvezde što se pripisuje njihovom jačem magnetskom polju. S druge strane, sa usporavanjem rotacije slabi i magnetsko polje i zvezdani potresi isčezavaju nakon desetak hiljada godina. Nakon toga zvezda i dalje zrači i astronomi je tada zovu anomalni pulsar х-zraka. Nakon sledećih desetak hiljada godina zvezda potpuno utihne. Zvezdotresi su detonacije ogromnih razmera i neki su direkto bili zabeleženi kao onaj SGR 1806-20 27. decembra, 2004. Poboljšanjem tehničkih osobina teleskopa očekuje se da će ih biti opaženo još više.

Poznati magnetari

SGR 1806-20, na 50,000 svetlosnih godina od Zemlje prema udaljenijem kraju naše galaksije u sazvežđu Strelca (Sagittarius).
1E 1048.1-5937, na 9,000 svetlosnih godina od Zemlje u sazvežđu ili Pramca (Carina). Prvobitna zvezda iz koje je magnetar nastao bila je mase 30-40 puta veće od mase Sunca.

Superjaka magnetna polja bi tako izobličila elektronske orbitale u atomima da bi potpuno promenila celokupnu hemiju, a pitanje je da li bi uošte mogle da postoje hemijske veze pod tim uslovima.