Vienas keisčiausių objektų Visatoje: neutroninės žvaigždės

Dr. Kastyčio Zubovo rašomas tinklaraštis „Konstanta 42“, mokslo populiarinimo laida „Mokslo sriuba“ ir portalas Lrytas.lt skelbia mokslo populiarinimo konkursą. Tai – jau devintasis toks renginys, vykstantis kasmet nuo 2013 metų. Domitės mokslu ir norite papasakoti apie tai kitiems? Gal supažindinti visuomenę su naujausiais atradimais ir išradimais, o gal išsklaidyti mitus ar atskleisti kokią nepakankamai įvertintą detalę? Tai puiki proga tą padaryti ir laimėti prizų! Konkurso taisykles galima rasti čia, o dabar dalinamės devintuoju konkurso darbu – Vilniaus Jėzuitų gimnazijos devintokės Elzės Grinevičiūtės rašiniu apie neutronines žvaigždes.

 Deja, mes žinome tik nedaug neutroninių žvaigždžių.<br> 123rf iliustr.
 Deja, mes žinome tik nedaug neutroninių žvaigždžių.<br> 123rf iliustr.
 Elementų degimo stadijos.
 Elementų degimo stadijos.
 Branduolinių makaronų rūšių pavyzdžiai.
 Branduolinių makaronų rūšių pavyzdžiai.
 Neutroninės žvaigždės struktūra bei sudėtis.
 Neutroninės žvaigždės struktūra bei sudėtis.
Daugiau nuotraukų (4)

Elzė Grinevičiūtė

Apr 29, 2022, 10:10 AM

Žvaigždės, kaip ir kiekvienas objektas visoje Visatoje, gimsta ir miršta. Kaip žvaigždė baigia savo gyvenimą, galiausiai lemia tik jos masė. Pačios žvaigždės egzistuoja tik dėl labai trapios pusiausvyros, esančios tarp karščio jos branduolyje ir gravitacijos. Kol žvaigždės branduolyje vykstančių termobranduolinių reakcijų metu išskiriama jėga yra lygi gravitacijos jėgai, ji kol kas, neturi dėl ko jaudintis. Deja, per milijonus ar net milijardus metų, branduolyje nebelieka pakankamai elementų, kad šios reakcijos toliau vyktų – ir žvaigždė pradeda eiti savo gyvenimo galo link.1;2 Šiame etape žvaigždės baigtį nulemia jos masė. Mažos žvaigždės taps baltosiomis nykštukėmis, vidutinės po savęs paliks planetiškąjį ūką ir taip pat taps baltosiomis nykštukėmis.9 Tačiau kas gi atsitiks milžinėms?

Milžinių laukia įspūdinga baigtis. Pirmiausia jų išoriniai sluoksniai išsiplečia ir jos tampa raudonosiomis supermilžinėmis. Vėliau žvaigždės branduolys smarkiai susitraukia, tampa labai tankiu. Branduolyje helis virsta į anglį, anglis – į silicį ir galiausiai į geležį.

Čia reakcijos nutrūksta, kadangi geležis nebeišskiria energijos, o ją naudoja. Galiausiai gravitacija kovą tarp savęs ir reakcijų išskiriamos energijos laimi, ir pusiausvyra palinksta gravitacijos pusėn.1;5 Visa žvaigždės masė yra gravitacijos stumiama į branduolį, kuriame ji kartu su geležiniu branduoliu kolapsuoja ir sprogsta. Tai mes vadiname supernova. Supernovos liekana yra tarpžvaigždinis ūkas, kurio centre gali susidaryti dvi liekanos, kurias ir vėl lemia masė. Sunkesnių žvaigždės liekanos taps juodosiomis skylėmis, o lengvesnių – neutroninėmis žvaigždėmis.

Šių žvaigždžių sandara bei savybės yra vienos keisčiausių visoje Visatoje: jų paviršiaus temperatūra gali siekti iki 100 milijardų Kelvinų (mūsų Saulės siekia vos 6000), jų gravitacija yra apie 2 milijardus kartų stipresnė nei Žemės, jos geba suktis aplink savo ašį net kelis kartus per sekundę, o jų skersmuo gali būti tik apie 20 kilometrų – nors jų masė gali siekti net 1,5 saulės masės. Šios žvaigždės tokios tankios, jog vienas arbatinis šaukštelis šios materijos svertų net apie 100 milijonų tonų.4 Nepaisant to, išorinis neutroninės žvaigždės sluoksnis yra galimai 10 milijardų kartų stipresnis nei pati stipriausia medžiaga Žemėje.8 Šie išorinių sluoksnių neutronai susijungia į branduolius ir sudaro beveik kietą plutą. Mantijos apačioje yra aptinkamos keistos bei sudėtingos branduolinės struktūros. Dažniausiai įsivaizduojame, kad branduoliai yra apvalūs – tačiau tai negalioja neutroninių žvaigždžių vidui.

Žvaigždės viduje branduoliai deformuojasi bei sudaro keistų formų sankaupas, astronomų vadinamas „branduoliniais makaronais“. Šių „makaronų“ yra dar ir skirtingų rūšių: spagečių, lazanijos ir pan. Kas yra dar giliau, po šiais „makaronais“, nėra žinoma. Spėjama, jog tai galėtų būti vadinamasis superskystis – skystis, kuriame nėra trinties.

Vis dėlto, žvaigždei mirštant ir tampant neutronine žvaigžde, tai nebūtinai būna jos pabaiga. Dvi neutroninės žvaigždės gali susidurti ir sprogti kilonova – t.y. sprogimas būtų dar stipresnis nei supernovos – ir mirti dar kartą. Po tokio sprogimo lieka tik juodoji skylė.3 Susidūrus dviems neutroninėms žvaigždėms, į kosmoso erdves išmetama dar daugiau medžiagų. Ir tik gan neseniai buvo atrasta, kad iš kilonovų sprogimų atsiranda dauguma dabartinių, mums žinomų sunkiųjų elementų – tokių kaip auksas, platina, uranas ir daugybė kitų.4;6

Deja, mes žinome tik nedaug neutroninių žvaigždžių10 (tik apie 3000 Paukščių Tako galaktikoje), o nutikusių kilonovų – dar mažiau, tad šios žvaigždės yra gan nedaug ištirtos ir savyje gali slėpti dar daug naujos, mums nežinomos informacijos, kuri padėtų mus supantį pasaulį suprasti dar geriau.

Šaltiniai

  1. National Aeronautics and Space Administration (NASA), Stars, Imagine the Universe, 2014 https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/stars1.html
  2. University of Maryland, Introductory Astronomy: Main Sequence Stars, Introductory Astronomy, 2018 https://www.astro.umd.edu/resources/introastro/main_seq.html
  3. Elizabeth Howell, When Neutron Stars Collide: Scientists Spot Kilonova Explosion from Epic 2016 Crash. Space.com, 2019 https://www.space.com/colliding-neutron-stars-caued-massive-kilonova-explosion.html
  4. Nola Taylor Tillman, Neutron Stars: Definition & Facts. Space.com, 2018 https://www.space.com/22180-neutron-stars.html
  5. Swinburne University of Technology, Core-Collapse. COSMOS – The SAO Encyclopedia of Astronomy https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/c/core-collapse
  6. Watson, D., Hansen, C.J., Selsing, J. et al. Identification of strontium in the merger of two neutron stars. Nature 574, 497–500, 2019 https://doi.org/10.1038/s41586-019-1676-3
  7. Chamel, N., Haensel, P. Physics of Neutron Star Crusts. Living Rev. Relativ. 11, 10, 2008 https://doi.org/10.12942/lrr-2008-10
  8. Nancy Atkinson, Neutron Stars Have Crusts of Super-Steel, Universetoday, 2009 https://www.universetoday.com/30526/neutrons-stars-have-crusts-of-super-steel/
  9. National Aeronautics and Space Administration (NASA), White Dwarfs, Imagine the Universe, 2006 https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs1.html
  10. Robert Naeye, Neutron Stars, Mission News, 2007 https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/science/neutron_stars.html
  11. M. E. Caplan, C. J. Horowitz, Astromaterial Science and Nuclear Pasta, 2017 https://doi.org/10.1103/RevModPhys.89.041002
  12. Helena Pais, The nuclear pasta phase, NewCompStar https://compstar.uni-frankfurt.de/outreach/short-articles/the-nuclear-pasta-phase/

UAB „Lrytas“,
Gedimino 12A, LT-01103, Vilnius.

Įm. kodas: 300781534
Įregistruota LR įmonių registre, registro tvarkytojas:
Valstybės įmonė Registrų centras

lrytas.lt redakcija news@lrytas.lt
Pranešimai apie techninius nesklandumus webmaster@lrytas.lt

Atsisiųskite mobiliąją lrytas.lt programėlę

Apple App Store Google Play Store

Sekite mus:

Visos teisės saugomos. © 2022 UAB „Lrytas“. Kopijuoti, dauginti, platinti galima tik gavus raštišką UAB „Lrytas“ sutikimą.