La neutronska zvijezda a kvarkove zvijezde, poput crnih rupa, uzbudljivi su objekti. Astrofizika se dovoljno razvila da nam daje vrlo vrijedne informacije o njima, što nas potiče da i dalje obraćamo pažnju, nadajući se da će ih kozmolozi bolje razumjeti i pomoći nam da preciznije razumijemo proces koji pokreće njihovu obuku.
U ovom članku ćemo vam reći sve što trebate znati o neutronskim zvijezdama, njihovim karakteristikama i podrijetlu.
Neutronska zvijezda
Iako su ove zvijezde s neutronima i kvarkovima pravi protagonisti ovog članka, kako bismo ih razumjeli, prvo nas zanima pregled životnog procesa zvijezda. Međutim, prije nego što pređemo na brašno, čini se da je važno dati izjavu o namjeri: u ovom članku nećete pronaći jednadžbu. Ne moraju precizno i intuitivno razumjeti kako djeluju uzbudljivi fizički procesi koji objašnjavaju njihovu formaciju.
Zvijezde se sastoje od oblaka prašine i plina rasutih po svemiru. Kada je gustoća jednog od oblaka dovoljno visoka, na njega će djelovati gravitacija, što će pospješiti pojavu neumornog mehanizma zvanog gravitacijska kontrakcija, koji će kondenzirati materijal sadržan u oblaku i postupno formirati male zvijezde ili protozvijezde. Ova faza zvjezdane evolucije naziva se glavnim nizom, u kojem zvijezde dobivaju energiju gravitacijskom kontrakcijom.
Podrijetlo
oko 70% mase zvijezde je vodik, 24-26% helij, a preostalih 4-6% je kombinacija kemijskih elemenata teži od helija. Na život svake zvijezde utječe njezin početni sastav, ali što je još važnije, na nju duboko utječe njena masa, koja nije ništa drugo do količina materije koju gravitacija može akumulirati i kondenzirati u dijelu svemira.
Zanimljivo je da masivnije zvijezde troše gorivo puno brže od manje masivnih zvijezda, tako da kao što ćemo vidjeti u ovom članku, imaju kraći životni vijek i, što je najvažnije, nasilnije su i spektakularnije. Kako gravitacijska kontrakcija kondenzira materijal sadržan u oblaku, njegova temperatura postupno raste.
Ako je količina akumuliranog materijala dovoljno velika, u jezgri će se pojaviti uvjeti tlaka i temperature potrebni za spontanu fuziju jezgri vodika kroz reakcije nuklearne fuzije. Kada temperatura jezgre protozvijezde dosegne 10 milijuna stupnjeva Celzija, dolazi do paljenja vodika. Trenutak nastanka ovih uvjeta je trenutak kada se nuklearna peć uključi. a zvijezda započinje fazu zvanu glavni slijed, tijekom koje crpi energiju iz fuzije jezgri vodika.
Fuzija jezgre
Produkt fuzije vodika je nova jezgra helija, pa se sastav zvijezde počinje mijenjati. U tom procesu oslobađa se velika količina energije i zvijezde su prisiljene stalno se prilagođavati kako bi održale hidrostatsku ravnotežu. Astrofizičari imaju matematičke alate koji mogu vrlo precizno opisati ovaj proces, ali nas zanima da je hidrostatska ravnoteža masa koja održava zvijezdu stabilnom.
Da bi se to postiglo, bitno je da dvije suprotstavljene sile koegzistiraju i međusobno se nadoknađuju. Jedna od njih je gravitacijska kontrakcija, koja, kao što smo vidjeli, sabija materijal zvijezde, nemilosrdno ga stišćući. Drugi je tlak zračenja i plina, koji je rezultat paljenja nuklearne peći, koja pokušava proširiti zvijezdu. Stalna prilagodba koju zvijezde doživljavaju kada troše vodik i proizvode nove jezgre helija odgovorna je za održavanje ravnoteže, pa gravitacijska kontrakcija s jedne strane, zračenje i tlak plina s druge strane, drže se podalje.
U tom procesu, jezgra zvijezde je prisiljena skupiti se kako bi povećala svoju temperaturu i spriječila gravitacijski kolaps. Ako ne može uravnotežiti zbog pritiska zračenja i plina, osuđen je na gravitacijski kolaps. Ako je masa zvijezde dovoljno velika, njezina će se jezgra zagrijati i stisnuti toliko da kada se vodik iscrpi, helijeva jezgra će se stopiti. Od tog trenutka počinje proces koji se naziva trostruka alfa.
Karakteristike neutronske zvijezde
Ovaj fenomen opisuje mehanizam kojim se tri jezgre helija stapaju i stvaraju jezgru ugljika, a događa se na temperaturi višoj od temperature fuzije jezgri vodika. U tom procesu, zvijezda će nastaviti trošiti svoje zalihe helija, proizvoditi jezgre ugljika i prilagođavati se kako bi održala savršenu ravnotežu, opet zahvaljujući kombiniranim učincima gravitacijske kontrakcije i zračenja i tlaka plina. Tada neće prestati proizvoditi ugljik.
Kada se ovaj element iscrpi u jezgri, on se ponovno prilagođava, komprimira i ponovno podiže svoju temperaturu kako bi izbjegao gravitacijski kolaps. Od ove točke nadalje, ugljična jezgra će se zapaliti kroz proces nuklearne fuzije i početi proizvoditi teže kemijske elemente.
Iako se u jezgri zvijezde fuzija ugljika događa u neposrednom gornjem sloju, paljenje helija ostaje nepromijenjeno. A iznad ovog vodika. U procesu zvjezdane nukleosinteze, naziv procesa u kojem dolazi do nuklearnih reakcija unutar tih objekata, zvijezde poprimaju hijerarhijsku strukturu sličnu luku. Najteži elementi su u jezgri, a odatle nalazimo sve lakše elemente jedan za drugim.
Zvijezde su zapravo odgovorne za proizvodnju kemijskih elemenata. U njemu se sintetiziraju kisik, ugljik, vodik, dušik, kalcij i fosfor koji čine 99% mase našeg tijela. I kemijski elementi koji čine preostalih 1%. Materija koja nas čini nismo samo mi, već sve što nas okružuje doslovno dolazi od zvijezda.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o neutronskoj zvijezdi i njenim karakteristikama.