Рубрика: Астрономија и астронаутика
Астрофизичарите поблиску до решение на енигмата на неутронските ѕвезди
Автор: Петар Лагудин
Објавено на 04.01.2021 - 13:45

Неутронските ѕвезди настануваат во експлозија т.н. супернова, која што се појавува кога некоја супер масивна ѕвезда, со маса над 10 пати поголема од масата на нашето Сонце, ќе го потроши сето нејзино нуклеарно гориво. Тогаш во нејзината внатрешност ќе згасне термонуклеарниот процес што дотогаш одржувал рамнотежа на дејството на гравитацијата, па таа ќе колабира во самата себе. Нејзината маса ќе добие енормно голема густина, до тој степен што неутроните во нивните атоми меѓусебно ќе се допираат, па оттука произлегува и нивното име неутронски ѕвезди. При супернова експлозијата, ѕвездата ја исфрлува нејзината надворешна материја далеку во просторот, а притоа останува само нејзиното супергусто јадро со маса од околу 1,4 Сончеви маси, набиено под дејство на гравитацијата во многу мал волумен, со пречник од сè на сè околу 20 km.

Природата на неутронските ѕвезди досега астрофизичарите ја познаваат само делумно. Имено, за нив и натаму остана енигма составот на нивното цврсто супер-густо јадро. Структурата на една неутронска ѕвезда е прикажана на сликта дадена во прилог, па ќе ја опишеме. На сликата гледаме дека таа е обвиткана со слој од атмосфера, составена претежно од водород и хелиум. Под атмосферата следи “надворешната обвивка” (оuter crust) составена од атомски јадра и слободни електрони, а под неа следи “внатрешна обвивка” (inner crust) составена од слободни неутрони и електрони. Натаму следи  “надворешното јадро” (outer core), составено од т.н. квантна супа од неутрони, протони и електрони. И, на крај, во средината следи внатрешното многу густо јадро (inner core), чијшто состав засега им е наполно непознат на научниците.

Во поново време, по неколку декади исполнети со научни шпекулации, научниците дојдоа поблиску до можноста за решавање на таа енигма. Од декември 2019 американската вселенска агенција НАСА им го стави на располагање на астрофизичарите нејзиниот телескопски систем NICER (Neutronstar Interior Composition Explorer), составен од вкупно 56 единечни телескопи поставен во орбиталната Меѓународна вселенска станица. Покрај тоа, НАСА ги снабди астрофизичарите и со податоци направени од NICER, со досега најпрецизни мерења на износите на масата и на радиусот на неутронските ѕвезди, и ги запозна со неочекувано откритие во врска со нивното магнетско поле. Системот е оперативен од 2017 година и оттогаш тој ги следи импулсите во x-зрачното подрачје, коишто доаѓаат од неутронските ѕвезди  наречени пулсари.

Пулсарите се тип неутронски ѕвезди кај коишто насоката на забрзување на електроните од површината, под дејство на јакото магнетско поле, не е паралелна со оската на ротацијата на пулсарот, па тие, при одредена нивна  брзина ротирајќи околу ѕвездата, ослободуваат дел од нивната кинетичка енергија, емитувајќи радијација во x-зрачното подрачје во вид на светлински импулси, коишто “шетаат” низ просторот, налик на светлински зрак од светилник којшто шета над површината на морето. Ако овие импулси се најдат во рамнина со Земјата, тие можат да бидат детектирани со радиотелескопи. Фреквенцијата на импулсите е иста со фреквенцијата на ротација на пулсарот, која според законот за запазување на агловиот момент на ротација, може да изнесува од неколку периоди во секунда до дури неколку стотици периоди во секунда. Таа фреквенција според астрофизичарите е највисока по првото појавување на пулсарот, за потоа многу бавно да опаѓа. Но, доколку пулсарите имаат свој придружник, односно се дел од бинарен систем, тогаш тие имаат можност да прикрадуваат материјал и аглов момент од нивниот партнер, а со тоа нивниот вртлив момент континуирано нараснува кон супербрза ротација.

Системот NICER ги детектира x-зрачните импулси, и според нивната фреквенција астрофизичарите можат да ја утврдат масата и радиусот на пулсарот. Токму овие два податока можат да помогнат околу разрешување на енигмата за структурата на загадочното јадро.

Првата цел на NICER беше набљудување на еден изолиран пулсар JOU30+0451, оддалечен 1 100 светлински години од Земјата, којшто ротира со брзина од околу 200 пати во секунда. Пулсарот е набљудуван од две одделни групи истражувачи, едната од Универзитетот во Амстердам, Холандија, а другата од Универзитетот во Мериленд, САД. Обете групи одделно спровеле вкупно околу 850 часа при во опсервација, при што секоја од нив се однесувала како контролна група над другата. За точно моделирање на варијациите на примените сигнали, двете групи при анализата и пресметките употребиле суперкомпјутери Dutch. Притоа двете групи дошле до слични резултати – констатирале  дека масата на пулсарот изнесува 1,3 до 1,4 Сончеви маси, а неговиот радиус околу 13 km. Но, изненадување за истражувачките тимови е тоа што суперкомјутерот Dutch покажал дека локацијата на обете “врели точки” (hotpunckt), од кои x-зраците излегуваат во просторот, била на јужната хемисфера на пулсарот, што е невообичаено. Ваквиот резултат кај истражувачката група од Мериленд поттикнал сугестија дека магнетското поле кај неутронските ѕвезди е покомплексно од она што досега се сметаше.

Системот NICER продолжил да го набљудува пулсарот JOO30 со цел да ја подобри прецизноста на мерката за должината на неговиот радиус, а истовремено набљудувачите ги започнале анализите на податоците од втората цел – мал пулсар со придружник бело џуџе. Белите џуџиња исто така се остатоци од масивни ѕвезди, но чијашто почетна маса била помала од 10 Сончеви маси. Како што веќе споменавме, ѕвездите со маса поголема од 10 Сончеви маси би се трансформирале во неутронски ѕвезди.

Според некои други астрофизичари, системот NICER би требало во своите истражувања да вклучи и многу помасивни неутронски ѕвезди, на пример, ѕвезди со маса околу 2,14 пати од Сончевата. Ова би им овозможило на истражувачите да го утврдат горниот лимит на масата, што ако се надмине објектот се претвора во црна дупка. Други астрофизичари, пак, очекуваат NICER да открие две неутронски ѕвезди со еднаква маса, но со различна должина на нивните радиуси, што би сугерирало присуство на транзициска точка во која се креираат две различни варијанти на поединечни пулсари.

Како и да е, срцата на неутронските ѕвезди веројатно уште долго ќе ја задржат нивната тајна, иако добиените податоци за астрофизичарите претставуваат добар почеток на истражувањата во насока на разоткривање на оваа мистерија.

Клучни зборови:

Неутронска ѕвезда - пулсар и нејзиното магнетско поле

Пресек на неутронска ѕвезда

Пресек на неутронска ѕвезда

Системот NICER

Системот NICER