Αστρονομία

Αστέρες Νετρονίων

Το πτώμα ενός άστρου που προέρχεται από μια Υπερκαινοφανή Ανάλαμψη (Supertnova).

Είναι αυτό που απομένει όταν ένα άστρο αρκετά μεγάλης μάζας (μεγαλύτερης από το όριο Chandrasekhar) καταρρέει με μια μεγάλη έκρηξη, αφήνοντας πίσω του ένα απίθανα πυκνό υπόλειμμα – τόσο πυκνό όσο ο πυρήνας ενός ατόμου.

Η ύπαρξη των αστέρων νετρονίων προβλέφθηκε θεωρητικά την δεκαετία του ’30, από δύο Αμερικανούς αστρονόμους, τον γερμανικής καταγωγής Walter Baade (1893 – 1960) και τον Ελβετικής καταγωγής Fritz Zwicky (1898 – 1974), μόλις δύο έτη μετά την πειραματική ανακάλυψη του νετρονίου από τον Sir James Chadwick . Η επιστημονική κοινότητα της εποχής αντέδρασε έντονα στις προτάσεις των δύο ερευνητών, καθώς ήταν αντίθετες με τις κρατούσες επιστημονικές απόψεις. To 1937, o George Gamov (1904 – 1968) απέδειξε ότι η διάμετρος ενός αστέρα νετρονίων με μάζα ίση με την ηλιακή θα ήταν μόνο 10 km. Αργότερα, η ύπαρξη αστέρων νετρονίων απεδείχθη θεωρητικά και από άλλους ερευνητές. Η θεωρία φαίνεται ότι επαληθεύθηκε το 1967, με την ανακάλυψη των Pulsars (pulsating radio sourses) στο Campridge, από μία ομάδα Άγγλων αστρονόμων με επικεφαλής τον Antony Hewish (βραβείο Νόμπελ το 1974 για την ανακάλυψη αυτή) και κύρια ερευνήτρια την Jocelyn S. Bell, που εκπονούσε τότε την διδακτορική της διατριβή. Η ανακάλυψη έγκειται στον εντοπισμό μιας παλλόμενης ραδιοπηγής στον αστερισμό της Αλώπεκος, με περίοδο παλμών 1.337 sec. Δυστυχώς, η συνεισφορά της Bell στην ανακάλυψη αυτή αποσιωπήθηκε, γεγονός που προκάλεσε την αντίδραση πολλών αστρονόμων.

Jocelyn Bell

Η πρώτη ερμηνεία που δόθηκε για τους pulsars ήταν ότι η εκπομπή των περιοδικών ραδιοπαλμών οφείλεται στην επαναλαμβανόμενη συστολή και διαστολή ενός άστρου. Αλλά το 1968, ο αστρονόμος Thomas Gold απέδειξε ότι οι pulsars είναι αστέρες νετρονίων με πολύ μεγάλη ταχύτητα περιστροφής. Η άποψη αυτή επιβεβαιώθηκε από τις παρατηρήσεις.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι κάθε αστέρας νετρονίων περιστρέφεται σε μικρή απόσταση περί έναν άλλο, συνηθισμένο αστέρα. Το ισχυρό Βαρυτικό Πεδίο του Νετρονικού Αστέρα έλκει τα αέρια που σχηματίζουν την εξωτερική επιφάνεια του γείτονά του. Καθώς περιστρέφονται, επιταχύνονται και θερμαίνονται, τα αέρια εκπέμπουν ακτίνες Χ με ένα χαρακτηριστικό ρυθμό, ο οποίος «προδίδει» την παραμόρφωση του περιβάλλοντος Χώρου.

Δομή


Ένας τυπικός αστέρας νετρονίων έχει διάμετρο μόλις 20 χιλιομέτρων, αλλά ζυγίζει περισσότερο από τον Ήλιο. Η πυκνότητα τους είναι τεράστια, 108 – 1013 Kgr/cm3, ενώ η θερμοκρασία στην επιφάνεια τους φτάνει τους 106 Kelvin.

O υπολογισμός της κρίσιμης μάζας για τους αστέρες νετρονίων είναι δύσκολη υπόθεση καθόσον η συμπεριφορά της ύλης στις συνθήκες αυτές χρήζει περαιτέρω μελέτης. Για έναν αστέρα αποτελούμενο εξ ολοκλήρου από νετρόνια η κρίσιμη μάζα υπολογίζεται σε 0.72 ηλιακές (Θεώρηση Fermi) ενώ οι Cameron-Tsuruta την υπολογίζουν σε 1.6 – 2.0 ηλιακές μάζες.

Δομή αστέρα νετρονίων

Οι αστέρες νετρονίων παρουσιάζουν πολύ μεγάλη ταχύτητα περιστροφής η οποία εύκολα εκτιμάται με χρήση της Αρχής Διατήρησης της Στροφορμής, αν ο αστέρας θεωρηθεί ως μία ομογενής σφαίρα.

Το μαγνητικό πεδίο τους είναι ιδιαίτερα ισχυρό και εκτιμάται στα 1010 Gauss, τρισεκατομμύρια φορές ισχυρότερο από το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου, και παράγει περιοδικούς παλμούς ισχυρών ραδιοκυμάτων.

Η Εξέλιξη ενός Αστέρα σε Νετρονιακό


Κατά τη διάρκεια της εξέλιξής του, ένας αστέρας με μάζα μεγαλύτερη από το όριο Chandrasekhar, που έχει εξαντλήσει τα πυρηνικά του καύσιμα, κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις μπορεί να βρεθεί σε μία κατάσταση όπου ο πυρήνας του να αποτελείται μόνο από νετρόνια και ταυτόχρονα η κατάρρευσή του να συνεχίζεται.

Συγκεκριμένα, σε ένα μεγάλο Αστέρα, η θερμοκρασία στον πυρήνα λόγω της βαρυτικής κατάρρευσης, μπορεί να ανέλθει στους 106, οπότε αρχίζουν οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του Άνθρακα (C), συντίθενται διαδοχικά βαρύτεροι πυρήνες στοιχείων, καταλήγοντας στον αδρανή Σίδηρο (26Fe56).

Σε αυτό το σημείο και καθώς έχουν εξαντληθεί οι διαθέσιμες πηγές ενέργειας, η υδροστατική ισορροπία διαταράσσεται, και αρχίζει μια νέα διαδικασία βαρυτικής κατάρρευσης που παρασύρει τις επιφανειακές στοιβάδες. Ελαφρά στοιχεία φθάνουν στο ιδιαίτερα θερμό κέντρο του Αστέρα, με αποτέλεσμα να συμβαίνουν πάρα πολλές αντιδράσεις που παράγουν πολύ περισσότερα βαρέα μέταλλα.

Ένα τεράστιο κρουστικό κύμα γεννιέται σε αυτό το στάδιο το οποίο, διαδιδόμενο προς τα έξω, προκαλεί μία ιδιαίτερα βίαιη έκρηξη με απότομη εκτίναξη μεγάλης ποσότητας ύλης στον μεσοαστρικό χώρο. Πρόκειται για μια έκρηξη υπερκαινοφανούς (supernova), το πλέον κατακλυσμικό φαινόμενο που συμβαίνει στην Σύγχρονη Εποχή στο Σύμπαν.

Υπερκαινοφανής Ανάλαμψη

Αν η μάζα του αστέρα μετά την έκρηξη κυμαίνεται μεταξύ 1.4 και 3.2 ηλιακών μαζών τότε το κεντρικό τμήμα του συνεχίζει να συστέλλεται και η εναπομείνασα ύλη συμπιέζεται τόσο πολύ, ώστε καταλήγει σε πυκνότητα πολύ μεγαλύτερη από αυτήν των λευκών νάνων.

Στην περίπτωση αυτή η νευτώνεια θεώρηση περί βαρύτητας παύει πλέον να επαρκεί, οπότε η εξίσωση υδροστατικής ισορροπίας του αστέρα αντικαθίσταται από ακριβέστερη σχετικιστική, με τη βοήθεια της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε σχετικιστικές ταχύτητες και ενώνονται με τα πρωτόνια σχηματίζοντας νετρόνια (p + e → n + ν). Τα νετρίνα που παράγονται διαφεύγουν από τον αστέρα οπότε το εσωτερικό του πλέον αποτελείται μόνο από ένα εκφυλισμένο αέριο νετρονίων (αέριο το οποίο δεν υπακούει στους νόμους των τέλειων αερίων) ενώ φυσικά στην επιφάνειά του κυριαρχούν τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια.

Όμως τα νετρόνια είναι φερμιόνια, δηλαδή υπόκεινται στην απαγορευτική αρχή του Pauli. Συνεπώς οι αστέρες νετρονίων ισορροπούν εξ αιτίας της «Πίεσης των Εκφυλισμένων Νετρονίων».

Ας σημειωθεί εδώ ότι αν ο αρχικός αστέρας είναι ακόμη μεγαλύτερος, μπορεί να εξελιχθεί, μετά τον «θάνατό του», όχι σε αστέρα νετρονίων αλλά σε μαύρη τρύπα, ένα ακόμη περισσότερο εξωτικό ουράνιο σώμα, όπου η Βαρυτική Κατάρρευση συνεχίζεται ακόμη περισσότερο, με αποτέλεσμα η τρομακτικά υψηλή πυκνότητα της Μελανής Οπής να δημιουργήσει ένα ισχυρότατο Βαρυτικό Πεδίο που αιχμαλωτίζει τα πάντα γύρω του, ακόμη και το ίδιο το φως.

Αστρική Εξέλιξη


Δεν παρουσιάζουν περαιτέρω εξέλιξη. Εφόσον έχουν εξαντλήσει τα ενεργειακά τους αποθέματα, απλά συνεχίζουν να ψύχονται και στο τέλος σβήνουν εντελώς. . Στη πορεία της αστρικής εξέλιξης οι αστέρες νετρονίων τοποθετούνται ένα βήμα πριν τις μελανές οπές.

Πηγή

Ο κύκλος ζωής ενός αστέρα νετρονίων

0 comments on “Αστέρες Νετρονίων

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Αρέσει σε %d bloggers: