Rieth József: Anyagvilág - Háttérinformáció

Neutroncsillag, pulzár, kvazár, magnetár

 

Tartalomjegyzékhez Világképem <    (Kvark-..., Hadron-..., Anyag-időszak)     

 

Az RX J185635-3754 neutroncsillag, az első, melyet a látható fény

tartományában is sikerült megörökíteni. A Hubble űrtávcső felvétele

A neutroncsillagok nagy mennyiségű szabad neutront tartalmazó maradványcsillagok. Nagy sűrűségeknél a csillagok belsejében az atommagok befogják a szabad elektronokat, ezáltal neutronban gazdagabb atommagok keletkeznek. A 12 ≤ A ≤ 56 atommagok esetében ez a folyamat a 1011 ≤ ρ ≤ 1014 g/m³ sűrűségtartományban zajlik. Ahogy az atommagokban egyre több neutron keletkezik, ezek kötési energiája negatív lesz, így ρ >~1015 kg/m³ sűrűségnél a fehér törpéket alkotó atommagok és szabad elektronok helyett kevés magot, elektront, és nagy mennyiségű szabad neutront tartalmazó degenerált gáz jön létre. Ezért a 1016 – 1018 kg/m³ sűrűséggel rendelkező kompakt objektumot neutroncsillagnak nevezzük. Egy ilyen objektumot gyakorlatilag úgy tekinthetünk, mint amit kizárólag neutronok alkotnak. Ez a konfiguráció egy hatalmas atommaghoz hasonlítható, melynek tömegszáma A ~1057 és a Z/A ~10-2. A gravitációs nyomást a neutronok rövid hatósugarú nukleáris taszítóereje egyenlíti ki. Egy a mi Napunkéval megegyező tömeggel rendelkező neutroncsillag átmérője kb. 10 km, ezért optikai távcsövekkel lehetetlen megfigyelni. Vannak neutroncsillagok, melyek periodikus rádióimpulzusokat bocsátanak ki. Ezeket pulzároknak nevezzük. 2010-ben felfedezték a PSR J 1614-2230 jelü pulzárt, amely 1,97 naptömegű és 1 milliszekundumos pulzár. A szokásosnál erősebb mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok a magnetárok. Az eddig ismert legnagyobb sebességgel mozgó csillag az RX J0822-4300 jelű neutroncsillag, amely a Chandra röntgenműhold felvételei alapján végzett számítások szerint egy szupernóva-robbanástól hajtva óránként 5,5 millió kilométeres sebességgel halad.

A neutroncsillagok tulajdonságai

Egy tipikus neutroncsillag felszínén tapasztalható gravitációs mező megközelítően 2x1011-szer erősebb, mint a Föld felszínén. Ennek megfelelően a szökési sebesség elérheti a 100 000 km/s értéket, azaz a fénysebesség egyharmadát. A mező ereje gravitációs lencsehatást okoz, mely a csillag saját fényét is eltéríti. Ez azt a hatást okozza, hogy a csillag felszínének több mint a fele látható, bármely irányból is figyeljük meg azt. Kezdetben a csillag belsejében 100 milliárd K hőmérséklet uralkodik, de a neutrínók keletkezése és kisugárzása egy év alatt 1 milliárd kelvinre csökkenti a mag hőmérsékletét. Az előd csillag magja a szupernóvarobbanás során összeroppan, mérete jelentősen csökken, és ennek következtében forgása a piruett hatás miatt felgyorsul. Az eddig mért leggyorsabb forgást 716 Hz frekvenciával a PSR J1748-2446ad elnevezésű neutroncsillagnál mérték. A stabilitási határt a centrifugális erő határozza meg, ez megközelítőleg 1000 Hz frekvenciánál van.

Belső felépítés

Egy átlagos, 1,5 naptömegű, 20 km átmérőjű neutroncsillag héjas szerkezetű. A felszínén a szabad neutronok instabilak lennének, így itt csak elektronok és vasatommagok találhatók, mely utóbbiak kristályszerkezetet alkotnak. A rendkívül erős gravitáció miatt itt legfeljebb néhány milliméter magas kiemelkedések maradhatnak fenn. A forró plazmából álló légkör legfeljebb egy méter vastag lehet. Megközelítőleg 10 méter mélység után elegendő a gravitáció ahhoz, hogy a szabad neutronok is stabilakká váljanak. Innentől kezdődik az 1-2 km vastag belső kéreg, ahol a kristályos atommagok szabad elektronokkal és a neutronok keverednek. A mélység növekedésével a vastartalom egyre csökken, míg a neutronok aránya ennek megfelelően nő. Végül az elméleti számítások szerint a neutronok kocka alakot vesznek fel (ez a maximális térkitöltés esete).

----------------

Mi lesz a szupernóva összepréselt magjával, miután külső rétegei az űrbe kirepülnek?

Erre a kérdésre a válasz 1967-ig ismeretlen volt. Ekkor fedezték fel a pulzárokat, ezeket a rendkívül érdekes égi objektumokat. A felfedezés puszta véletlen műve. A cambridge-i egyetem egyik csillagász hallgatója azt a feladatot kapta, hogy távoli galaxisok rádióhullámainak intenzitásingadozását vizsgálja. Egyszer csak azt tapasztalta, hogy az égbolt bizonyos helyéről szabályos időközökben rövid, gyors rádiójeleket fogott fel a rádiótávcső. A jelek egymásutánja olyan volt, mint egy felgyorsított égi morzejel. A közöttük lévő szünet tartalma rendkívüli állandóságot mutatott. Nem változott többet, mint tízmilliomod résznyit. Először néhány csillagász úgy vélte, hogy más bolygók intelligens lényei sugároznak üzenetet a Földre. Csakhamar bebizonyosodott, hogy a rádiójelek eredete nem mesterséges, hanem természetes. E következtetés egyik legfőbb alapja az volt, hogy a jelek széles frekvenciasávban jelentkeztek. Ha egy Földön kívüli társadalom más naprendszerbe jeleket próbál küldeni, e csillagközi rádióadásoknak óriási teljesítményűeknek kell lenni ahhoz, hogy a jelek az egyes csillagokat szomszédaitól elválasztó kilométerek billióin átjussanak. Az egyetlen ésszerű út az lenne, ha minden rendelkezésre álló teljesítményt egyetlen frekvenciára koncentrálnának, ahogyan mi tesszük a rádió és a TV műsorszórásban. Pazarló, céltalan és értelmetlen lenne az adó teljesítményét széles frekvenciasávban szétszórni. A válasz nyitjához vezető első kulcs az impulzusok élessége volt. Abból a megfigyelésből, hogy valamennyi impulzus egyszázad másodpercig vagy még kevesebb ideig tart, a csillagászok arra következtettek, hogy a pulzár hihetetlenül kicsiny csillag, sokkal kisebb, mint egy fehér törpe. E következtetést arra a tényre alapozták, hogy ha egy test elektromágneses impulzusokat bocsát ki magából, a különböző részeiről kiinduló hullámok különböző időpontokban érkeznek a Földre, ami miatt az eredeti impulzus élessége elromlik. Minél kisebb a test, annál élesebb az impulzus. Ezt az okoskodást követve a csillagászok kiszámolták, hogy a test sugara nem nagyobb 16 km-nél. Ez a következtetés megdöbbentő. Mindeddig a 10 ezer km sugarú fehér törpéket tartották a világmindenség legkisebb, legsűrűbb csillagainak.

Hogy lehet egy csillag ezerszer kisebb a fehér törpéknél?

A válasz egy néhány évtizeddel korábban megfogalmazott jóslatig nyúlik vissza. Ekkortájt néhány elméleti asztrofizikus rámutatott arra, hogy amikor egy csillag élete végén összeroppan, szupernóvaként való felrobbanása előtt anyaga a centrumban halmozódik fel, miközben nagy nyomás lép fel, sokkal nagyobb, mint amekkora a csillag saját súlya következtében annak belsejében volt. E hihetetlen nagy nyomás a csillag belsejében lévő elektronokat és protonokat arra kényszeríti, hogy neutronokká egyesüljenek. Így tisztán neutronokból álló gömb jön létre a csillag centrumában, amely alig 30 km átmérőjű, de amely a csillag eredeti anyagának legnagyobb részét magában foglalja. Ezt a feltételezett neutrongömböt nevezték neutroncsillagnak. 1965-től kezdődően a csillagászok lankadatlanul kutattak neutroncsillag után, és különös gonddal vizsgálták a Rák-köd közepe táját, ahol az 1054-ben észlelt szupernóva-robbanás magjának kellett volna lennie. De semmiféle neutron- csillagot nem találtak, így az érdeklődés csökkent. 1968-ban nagy izgalmat keltett a csillagászok között, amikor a Rák-köd közepén pulzárt fedeztek fel, pontosan azon a helyen, ahol a neutroncsillagot keresték. Hirtelen nagyon sok bizonyítékrészlet kezdett összeilleni. Neutroncsillag létezését jósolták a Rák-köd centrumában, és pulzárt találtak a Rák-köd centrumában. A neutroncsillag, valamint a pulzár az egyetlen olyan objektum, amelyről tudjuk, hogy majdnem egy egész csillag tömegét tartalmazza, mintegy 16 km sugarú gömbben. Világos, hogy a neutroncsillag és a pulzár ugyanannak a dolognak a két neve: fantasztikusan összepréselt, rendkívüli sűrűségű anyaggömbbé, amely akkor jön létre, amikor egy nagy tömegű csillag az élete végén összeroppan.

Mi hozza létre az éles, ismétlődő füttyöket, amelyről a pulzár a nevét kapta?

Valószínű, hogy a pulzár felszíne hatalmas viharok színhelye, amelyek évekig is eltarthatnak, és közben részecskéket és elektromágneses sugárzást lövellnek ki a térbe. A pulzár a kis mérete miatt rendkívül gyorsan forog a saját tengelye körül. Így a róla kiinduló sugárzások, mint a világítótorony forgó reflektorának fénye, úgy söpörnek végig a világűrön. Ha a Föld véletlenül e nyaláb útjába kerül, éles impulzus észlelhető a pulzár minden egyes fordulata során.

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Kvark-időszak     

-------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Neutroncsillag

http://www.puskas.hu/ttk/csillag/csillag/117.htm