Reprezentare artistică a unei stele neutronice, Swift J1749-2807. În dreapta - steaua-companion.
Stelele neutronice sunt probabil cele mai exotice obiecte din Univers. Acestea sunt „excesive" aproape în toate aspectele: gravitaţie, tăria câmpului magnetic, densitate şi temperatură. Aţi putea spune că găurile negre sunt mai dense şi într-un anumit sens ar fi adevărat, dar, în fapt, noi nu putem determina structura interioară a unei găuri negre, care este definitiv ascunsă dincolo de orizontul evenimentelor.
Steaua neutronică, cu o suprafaţă exterioară solidă (şi chiar cu oceane şi atmosferă!) reprezintă cel mai dens obiect solid pe care-l putem observa, având o densitate la nivelul nucleului de câteva ori mai mare decât densitatea nucleului atomic. O bucăţică dintr-o stea neutronică de mărimea unui grăunte de nisip ar avea o masă mai mare de 500 de mii de tone.
Stelele neutronice oferă o plajă întreagă de caracteristici care le fac o ţintă favorită a astrofizicienilor. Pentru publicul larg însă, acestea au o problemă de imagine, dat fiind că nu ne pot oferi observarea directă şi nu au atracţia stranie a găurilor negre.
Originea stelelor neutronice
Stelele neutronice sunt formate în urma exploziilor unor supernove, care reprezintă finalul „vieţii" unei stele de mărime medie (cu o masă mai mare de 8-20 de ori decât Soarele). Odată ce-şi consumă „combustibilul" nuclear, aceste stele explodează, pierzând cea mai mare parte a materiei în spaţiu.
Ce rămâne colapsează în obiecte de mici dimensiuni (după standardele astronomice), cu un diametru de circa 22 km, dar cu o masă mai mare decât Soarele (de 1,5 ori).
Scoarţa stelei neutronice este formată în special din fier cristalizat. Dar acest tip de atom nu poate rezista în interiorul stelei, materialul având o tranziţie, via bizara fază de „pastă nucleară", către fluidul neutronic din nucleul stelei.
Mediul nucleului nu poate fi reprodus pe Pământ, dar incertitudinile privind această regiune (poate conţine materie formată din quarcuri strange ori hiperoni exotici) reprezintă un factor motivant pentru studierea acestor obiecte.
Anatomia unei stele neutronice
Stelele neutronice emană puţină lumină vizibilă, fiind practic imposibil de depistat în cadrul unei căutări neorientate. Majoritatea celor câteva mii de stele neutronice a fost descoperită pe baza pulsaţiilor radio.
Ca nişte faruri cosmice, fasciculele pereche de unde radio emise de aceste obiecte pulsatorii "mătură" Universul. Dacă un fascicul ajunge pe Terra, acesta poate fi detectat cu ajutorul telescoapelor aflate la sol. Cel mai apropiat pulsar este PSR J0437-4715, aflat la circa 500 de ani lumină depărtare.
Desigur, multe dintre fascicule nu ajung pe Pământ, prin urmare cele descoperite reprezintă doar o mică parte din cele existente în galaxie.
Pe lângă aceşti pulsari „obişnuiţi", mai există şi alte „specii", cu nume interesante:
:: transienţii radio rotativi (RRAT - rotating radio transients) - care sunt pulsari ce transmit impulsuri radio scurte şi rare
:: magnetarii - pulsari cu un câmp magnetic incredibil de puternic
:: microquasarii - pulsari cu jeturi ce ating viteze relativiste.
Rotaţii ameţitoare
O stea neutronică tipică se roteşte o dată pe secundă, ceea ce este remarcabil, dat fiind că este un obiect masiv. Dar dacă se întâmplă ca o stea neutronică să aibă şi o stea-companion, atunci viteza de rotaţie este mult mai mare.
Procesul care generează acestă rotaţie se numeşte acreţie. În milioane de ani stelele-companion evoluează (şi îşi măresc volumul), în aşa fel încât stratul exterior resimte puternic atracţia gravitaţională a stelei neutronice.
Apoi gaz al stelei-companion ajunge să „sufle" în steaua neutronică, făcând-o să se învârtă, cam cum aţi putea să rotiţi roata unei biciclete cu un jet de apă mai puternic.
Acest proces are efecte remarcabile. Gazul care cade în steaua neutronică este încălzit la milioane de grade, iar aceasta începe să strălucească puternic, cu precădere în zona razelor X. Această radiaţie este blocată de atmosfera terestră, dar ea poate fi detectată de telescoapele de pe sateliţi.
În fapt, cel mai luminos obiect detectat pe Terra (dar în zona razelor X), în afara Soarelui, este o stea neutronică (cel puţin asta se crede că este), Scorpius X-1 (prima sursă de raze X din constelaţia Scorpion), care orbitează steaua-companion şi donor la fiecare 19 ore.
Fuziune
Gazul care se acumulează pe suprafața unei stele neutronice în cadrul procesului de acreţie este probabil similar, din punct de vedere al compoziţiei, cu cel al Soarelui nostru - în esenţă hidrogen şi heliu.
Enorma gravitaţie a stelei neutronice - de câteva milioane de ori mai puternică decât cea de pe Pământ - va comprima şi încălzi gazul, după câteva ore ori zile ajungându-se la punctul în care are loc fuziunea nucleară.
Dar acest proces este unul instabil, în câteva secunde epuizându-se întreg „combustibilul" acumulat; de aici rezultă o explozie de raze X care se împrăştie în galaxie.
Aceste "izbucniri" energetice au fost observate în circa 100 de sisteme de la prima lansare a telescoapelor în raze X, în anii '60 ai secolului trecut. Având loc la intervale de câteva ore ori câteva zile (în funcţie de rata de acreţie) - acestea reprezintă de departe cele mai frecvente explozii termonucleare din Univers.
Desigur, furnizarea de gaz din partea stelei-companion se va epuiza la un moment dat. Şi când se întâmplă asta, steaua neutronică „renunţă" la rolul său de pulsar radio, deşi a ajuns la viteze de rotaţie uluitoare (sute de rotaţii pe secundă). Deţinătorul absolut al recordului de rotaţii pe secundă este PSRJ1748-2446ad (716 rotaţii pe secundă!).
Dar stelele neutronice nu rămân active pe veci. În final energia de rotaţie se va disipa şi în lipsa unei stele-companion care să o „recicleze", pulsarul va deveni nedetectabil. Apoi, uşor uşor acesta se va răci.
Dar până atunci stelele neutronice vor continua să fie un extraordinar laborator pentru studierea materiei în condiţii de densitate şi temperatură extreme.
Traducere după what-is-a-neutron-star
