Nøytronstjerner og pulsarer: skapelse og egenskaper

Dette bildet av krabbetåken viser røntgenstrålingen fra den sentrale pulsaren i regionen. Bildekreditt: NASA

Hva skjer når gigantiske stjerner eksploderer? De lager supernovaer , som er noen av de mest dynamiske hendelsene i universet . Disse stjerneflammene skaper så intense eksplosjoner at lyset de sender ut kan overgå hele galakser . Imidlertid skaper de også noe mye rarere fra restene: nøytronstjerner.

Skapelsen av nøytronstjerner

En nøytronstjerne er en veldig tett, kompakt ball av nøytroner. Så hvordan går en massiv stjerne fra å være et skinnende objekt til en dirrende, svært magnetisk og tett nøytronstjerne? Alt handler om hvordan stjerner lever livene sine.

Stjerner bruker mesteparten av livet på det som er kjent som hovedsekvens . Hovedsekvensen begynner når stjernen tenner kjernefysisk fusjon i kjernen. Den slutter når stjernen har brukt opp hydrogenet i kjernen og begynner å smelte sammen tyngre grunnstoffer.

Det handler om messe

Når en stjerne forlater hovedsekvensen, vil den følge en bestemt bane som er forhåndsbestemt av massen. Masse er mengden materiale stjernen inneholder. Stjerner som har mer enn åtte solmasser (én solmasse tilsvarer massen til solen vår) vil forlate hovedsekvensen og gå gjennom flere faser mens de fortsetter å smelte sammen grunnstoffer til jern.

Når fusjonen opphører i en stjernes kjerne, begynner den å trekke seg sammen, eller falle inn i seg selv, på grunn av den enorme tyngdekraften til de ytre lagene. Den ytre delen av stjernen 'faller' ned på kjernen og spretter tilbake for å skape en massiv eksplosjon kalt en Type II supernova. Avhengig av massen til selve kjernen, vil den enten bli en nøytronstjerne eller et svart hull.

Hvis massen til kjernen er mellom 1,4 og 3,0 solmasser vil kjernen bare bli en nøytronstjerne. Protonene i kjernen kolliderer med elektroner med svært høy energi og lager nøytroner. Kjernen stivner og sender sjokkbølger gjennom materialet som faller på den. Det ytre materialet til stjernen blir deretter drevet ut i det omkringliggende mediet og skaper supernovaen. Hvis det gjenværende kjernematerialet er større enn tre solmasser, er det en god sjanse for at det vil fortsette å komprimere til det danner et sort hull.

Egenskaper til nøytronstjerner

Nøytronstjerner er vanskelige objekter å studere og forstå. De sender ut lys over en bred del av det elektromagnetiske spekteret – de ulike bølgelengdene av lys – og ser ut til å variere ganske mye fra stjerne til stjerne. Imidlertid kan det faktum at hver nøytronstjerne ser ut til å vise forskjellige egenskaper hjelpe astronomene til å forstå hva som driver dem.

Den kanskje største barrieren for å studere nøytronstjerner er at de er utrolig tette, så tette at en 14-unse boks med nøytronstjernemateriale ville ha like mye masse som månen vår. Astronomer har ingen måte å modellere den typen tetthet her på jorden. Derfor er det vanskelig å forståfysikkav hva som skjer. Det er derfor det er så viktig å studere lyset fra disse stjernene fordi det gir oss ledetråder om hva som foregår inne i stjernen.

Noen forskere hevder at kjernene er dominert av en pool av frie kvarker – de grunnleggende byggesteinene til saken . Andre hevder at kjernene er fylt med en annen type eksotiske partikler som pioner.

Nøytronstjerner har også intense magnetiske felt. Og det er disse feltene som er delvis ansvarlige for å lage røntgenstrålene og gammastråler som er sett fra disse gjenstandene. Når elektroner akselererer rundt og langs magnetfeltlinjene sender de ut stråling (lys) i bølgelengder fra optisk (lys vi kan se med øynene) til gammastråler med svært høy energi.

Pulsarer

Astronomer mistenker at alle nøytronstjerner roterer og gjør det ganske raskt. Som et resultat gir noen observasjoner av nøytronstjerner en 'pulserende' emisjonssignatur. Så nøytronstjerner blir ofte referert til som PULSating STARS (eller PULSARS), men skiller seg fra andre stjerner som har variabel emisjon. Pulseringen fra nøytronstjerner skyldes deres rotasjon , mens andre stjerner som pulserer (som cephid-stjerner) pulserer når stjernen utvider seg og trekker seg sammen.

Nøytronstjerner, pulsarer og sorte hull er noen av de mest eksotiske stjerneobjektene i universet. Å forstå dem er bare en del av å lære om fysikken til gigantiske stjerner og hvordan de blir født, lever og dør.

Redigert avCarolyn Collins Petersen.