Gwiazda neutronowa to najgęstszy obiekt we Wszechświecie. Nie udźwignąłbyś nawet jej okrucha!

W tym artykule:

1. Jak powstaje gwiazda neutronowa
2. Rekordowa gęstość gwiazdy neutronowej
3. Pulsary to gwiazdy neutronowe emitujące błyski promieniowania
4. Wpływ gwiazd neutronowych na powstanie życia
5. Ciekawostki o gwiazdach neutronowych

Gwiazdy neutronowe to pozostałości gwiazd, które dotarły do końca ich ewolucyjnej podróży w czasie i przestrzeni. Powstały z niegdyś wielkich gwiazd, które osiągnęły masy kilka razy większe od naszego Słońca. Pod koniec swego życia spektakularnie eksplodowały jako supernowe.

Jak powstaje gwiazda neutronowa

Po takim wybuchu, który wyrzuca zewnętrzne warstwy gwiazdy w przestrzeń kosmiczną, pozostaje rdzeń. Nie zachodzi w nim już fuzja nuklearna. Bez ciśnienia na zewnątrz pochodzącego z fuzji nie ma przeciwwagi dla przyciągania grawitacyjnego. W konsekwencji gęstość gwiazdy rośnie i rdzeń zapada się w sobie.

Otaczająca nas materia jest zbudowana z trzech elementów. Są nimi proton, neutron i elektron. Dodatnio naładowane protony i obojętne elektrycznie neutrony tworzą jądra atomowe. Wokół jąder krążą ujemnie naładowane elektrony.

Jak umierają gwiazdy? Wyjaśniamy fenomen supernowej

Życie masywnej gwiazdy kończy wybuch supernowej. W jego wyniku powstawały pierwiastki cięższe od żelaza. To znaczy, że każdy z nas ma coś w sobie z gwiazdy supernowej.

Niewyobrażalnie wielkie ciśnienie w zapadającym się rdzeniu gwiazdy powoduje, że protony i elektrony łączą się ze sobą. Dochodzi do tzw. neutronizacji materii. W efekcie powstają neutrony. To z nich składa się gwiazda neutronowa, prawdopodobnie nawet w 90%. Dokładna budowa takich gwiazd nie jest znana. Mogą składać się z neutronów w stanie nadciekłym (charakteryzującym się całkowitym zanikiem lepkości) lub w jakimś nieznanym stanie materii.

Mikroskopijna w skali kosmicznej gwiazda neutronowa powinna mieć masę między 1,1 a 2,3 masy Słońca. Gdyby była cięższa, przekształciłaby się w czarną dziurę. Jeśli zaś byłaby lżejsza, mogłaby być białym karłem (tak właśnie zakończy życie Słońce).

Rekordowa gęstość gwiazdy neutronowej

Mimo małych średnic – z reguły nie więcej niż 20 kilometrów – gwiazdy neutronowe mają masę znacznie większą niż masa Słońca. Są więc niewiarygodnie gęste. Gęstość gwiazdy neutronowej szacowana jest na 2x10¹⁵ g/cm³.

To oznacza, że obiekt o wielkości kostki cukru zbudowany z materii gwiazdy neutronowej ważyłby na Ziemi około stu milionów ton. Według innego porównania, gwiazda neutronowa jest tak mała i gęsta, jakby było Słońce zgniecione do wielkości ziemskiego miasta.

Ogromne ciśnienia, które występują w centrum gwiazd neutronowych mogą być podobne do tych, które istniały w chwili Wielkiego Wybuchu. Nie można jednak odwzorować takich stanów na Ziemi.

Gwiazdy neutronowe mają bardzo silną grawitację. Emitują mało światła widzialnego, natomiast bardzo jasno „świecą” promieniami rentgenowskimi i falami radiowymi.

Pulsary to gwiazdy neutronowe emitujące błyski promieniowania

Gwiazdy dające początek gwiazdom neutronowym obracają się wokół własnej osi. Kiedy ulegają kompresji i kurczą, wirowanie staje się szybsze. Dzieje się tak z powodu zasady zachowania momentu pędu. To ona powoduje np., że kręcący się w miejscu łyżwiarz przyspiesza, gdy przykłada do ciała ręce.

Po raz pierwszy zaobserwowano, jak umierająca gwiazda rozrywa i pożera planety z całego swojego układu

W atmosferze białego karła odległego o 86 lat świetlnych od Ziemi znaleziono unikatową kompozycję pierwiastków. Świadczy ona o tym, że gwiazda pochłonęła zarówno wewnętrzne planety, p...

Czasami z biegunów magnetycznych takiej gwiazdy wylatują w kosmos wiązki silnego promieniowania. Gwiazdy neutronowe stopniowo zwalniają na przestrzeni wieków. Jednak ciała niebieskie, które nadal szybko wirują mogą emitować promieniowanie, które z Ziemi wydaje się miganiem. Przypomina promień światła z obracającej się latarni. To „pulsowanie” sprawia, że niektórym gwiazdom neutronowym nadano nazwę pulsarów.

Po wirowaniu przez kilka milionów lat pulsary tracą swoją energię i stają się zwykłymi gwiazdami neutronowymi. Kilka znanych gwiazd neutronowych to pulsary. Do tej pory odkryto ich tylko około 1000, choć w naszej Galaktyce mogą być setki milionów starych gwiazd neutronowych.

Wpływ gwiazd neutronowych na powstanie życia

Promieniowanie wydostające się z biegunów pulsara jest spolaryzowane – na każdym biegunie w przeciwną stronę. Jest też ono bardzo skoncentrowane. Gdy trafi w chmurę kosmicznego pyłu, niszczy aminokwasy znajdujące się w niej. Aminokwasy to elementy składowe białek, z których zbudowane są organizmy żywe. Polaryzacja promieniowania gwiazdy neutronowej sprawia, że skuteczniej niszczona jest jedna odmiana aminokwasów.

To wyjaśnia, dlaczego na Ziemi dominują aminokwasy lewoskrętne. Nasz Układ Słoneczny mógł kiedyś zostać trafiony wiązką promieniowania z pulsara, które niszczyło przede wszystkim prawoskrętne cząsteczki. Dlatego znane nam meteoryty mają więcej lewoskrętnych aminokwasów, a życie na Ziemi jest z nich zbudowane.

Ciekawostki o gwiazdach neutronowych

• W naszej Galaktyce znajduje się gwiazda neutronowa emitująca nietypowe sygnały radiowe. Robi to z niespotykaną dotychczas częstotliwością. Impulsy napływają z niej co 76 sekund. To nietypowo długo. Większość gwiazd neutronowych wysyła rozbłyski co kilka sekund lub nawet milisekund.
• W 2022 r. odkryto nietypową gwiazdę neutronową. To kandydatka na tzw. gwiazdę dziwną. W jej środku grawitacja może być tak silna, że neutrony rozpadną się na swoje elementy składowe, czyli kwarki. Nietypowa gwiazda znajduje się w pozostałości po supernowej oznaczonej jako HESS J1731-347. Jest bardzo mała i bardzo gęsta.
• Niedawno zaobserwowano, że materia po zderzeniu gwiazd neutronowych leci z prędkością nadświetlną. To oczywiście niemożliwe. Zgodnie z teorią względności żaden obiekt nie może poruszać się szybciej niż światło w próżni. Materia po zderzeniu nie leciała prosto w stronę obserwatoriów znajdujących się na Ziemi i na jej orbicie. Tylko pod pewnym do nich kątem. I to właśnie było przyczyną przeszacowania prędkości i uznania jej za prędkość nadświetlną.

Najmniejsza czarna dziura w historii? Naukowcy nie są pewni, czym jest ten obiekt

Astrofizycy z USA i Włoch po raz pierwszy w historii dostrzegli czarną dziurę, która – jak im się to wówczas wydawało – pochłanęła gwiazdę neutronową. Tak w sierpniu 2019 roku zinte...

• Na granicy konstelacji Smoka i Wolarza naukowcy zaobserwowali uciekającą gwiazdę neutronową. Gwiazda ta około 2,5 miliona lat temu rozpoczęła swój exodus w gwiazdozbiorze Łabędzia, w rejonie, w którym odkryto grupę masywnych gwiazd. Przypuszcza się, że B1508+55 (bo taka nazwę nosi uciekinierka) wybuchła jako jedna z pierwszych z tej grupy i w momencie wybuchu rozpoczęła swoją podróż.
• Gwiazdy neutronowe powstają najczęściej po wybuchu supernowej. Jednak astronomowie znaleźli wyjątek od tej reguły. To obiekt nazwany Calvera (1RXS J141256.0+792204) znajduje się w gwiazdozbiorze Małej Niedźwiedzicy w odległości co najmniej 250 lat świetlnych od Ziemi. Ta gwiazda jest całkowicie „czysta”. Nie widać wokół niej śladów eksplozji supernowej ani jakiejś innej gwiazdy tworzącej z nią układ podwójny. Być może jest to zupełnie nowy, nieznany dotąd nauce typ gwiazdy neutronowej. Zarazem jest to najbliższy Ziemi obiekt tego typu.

1 z 1

Screen Shot 2016-02-05 at 20

Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA / Andrew Fruchter (STScI)