«Нейтронные звёзды»

одна из возможных конечных стадий эволюции звёзд большой массы; вещество нейтронной звезды состоит из Нейтронов с малой примесью электронов, протонов и более тяжёлых ядер. На возможность существования Н. з. впервые указал Л. Д. Ландау (1932) сразу же после открытия нейтрона (Дж. Чедвик, 1932). В 1934 американские астрономы У. Бааде и Ф. Цвикки предположили, что Н. з. могут образовываться при вспышках сверхновых звёзд (См. Сверхновые звёзды).Из теории эволюции звёзд следует, что у массивных звёзд на стадии почти полного «выгорания» ядерного горючего в их центральной области может произойти катастрофически быстрое гравитационное сжатие — гравитационный коллапс (см. Коллапс гравитационный). При коллапсе плотность вещества возрастает настолько, что достигается состояние, когда нейтроны становятся устойчивее протонов. В этих условиях происходит превращение протонов и стабильных атомных ядер в нейтроны и атомные ядра с избытком нейтронов (нейтронизация вещества). Для такого процесса необходимы плотности ρ ≥ 10¹⁰ г/см³. При плотностях ρ ≥ 10¹² г/см³ и температурах Т ≤ 10¹⁰ К, характерных для Н. з., вещество представляет собой вырожденный нейтронный газ (см. Вырожденный газ). Механическое равновесие Н. з. связано с компенсацией сил тяготения давлением вырожденного газа нейтронов. Для равновесного устойчивого состояния Н. з. характерны следующие параметры (в среднем): масса ³³ г, т. е. равна массе Солнца , радиус R Нейтронные звёзды 2․10⁶ см=20км(=7․10¹⁰см), плотность ρ Нейтронные звёзды 2․10¹⁴ г/см³ (г/см³); давление рНейтронные звёзды 10³³—10³⁴ дин/см²; минимальный период вращения 10^-3 сек.Магнитное поле Н. з. достигает Нейтронные звёзды 10¹² гс(среднее магнитное поле Солнца Нейтронные звёзды 1 гс).Средняя плотность Н. з. близка к ядерной плотности вещества или даже превосходит её, поэтому строение и свойства Н. з. обусловлены в значительной мере ядерными силами (См. Ядерные силы). Кроме того, для Н. з. характерна большая величина гравитационной энергии связи (См. Энергия связи) (Нейтронные звёзды 10⁵³ эрг), что приводит к появлению существенных поправок к ньютоновской теории тяготения, следующих из общей теории относительности (см. Тяготение). Учёт этих двух факторов имеет принципиальное значение при расчёте внутреннего строения Н. з. Из расчётов следует, что теоретически ожидаемая масса Н. з. ЖЛ заключена в пределах 0,05 , причём разброс вычисленных значений Пульсары)), причём ряд пульсаров определенно связан с остатками сверхновых (в частности, пульсар PSR 0532 в Крабовидной туманности (См. Крабовидная туманность)).

Лит.: Дайсон Ф., Тер Хаар Д., Нейтронные звёзды и пульсары, пер, с англ., М., 1973; Тейлер Р., Строение и эволюция звёзд, пер. с англ., М., 1973; Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звёзд, М., 1971.

В. С. Имшенник.

НЕЙТРОННЫЕ ЗВЁЗДЫ, компактные звезды с массами порядка солнечной, радиусами ~10 км, состоящие в основном из нейтронов; конечный этап эволюции звезд промежуточных масс (~10 масс Солнца). Существование нейтронных звезд было предсказано в 30-х гг. 20 в., открыты в 1967 по импульсному радиоизлучению (пульсары). Средняя плотность около 200 млн. т/см3.

НЕЙТРОННЫЕ ЗВЕЗДЫ

самые плотные, согласно теории внутр. строения звёзд (с плотностью в-ва порядка плотности ат. ядер), гидростатически равновесные звёзды, состоящие из нейтронов с малой примесью эл-нов, сверхтяжёлых ат. ядер и протонов. Возникновение Н. з. связано с нейтронизацией вещества в условиях высокой плотности =1014 г/см3. Нейтроны Н. з. устойчивы, как если бы они находились в огромном ат. ядре. Устойчивость приобретают и упомянутые сверхтяжёлые ядра. Гидростатич. равновесие в Н. з. обеспечивается давлением вырожденного газа нейтронов и (или) упругостью нейтронного кристалла и жидкости. Н. з. были открыты (1967) в виде пульсаров. Периодичность радиоизлучения пульсаров объясняется быстрым вращением Н. з. (периоды вращения более ста известных радиопульсаров лежат в интервале = 0,01—1 с). Само же радиоизлучение связано с движением эл-нов в сильном магн. поле Н. з. с индукцией =1012 Гс. В составе тесных двойных систем Н. з. обнаружили себя в виде рентг. пульсаров. По неск. двойным системам оценена масса Н. з. М=1,2—1,6 MСОЛН. Н. з. могут себя проявлять ещё как недавно открытые (1975) барстеры — импульсные источники гамма- и рентгеновского излучений.

Согласно теории эволюции звёзд, Н. з. рождаются в результате гравитационного коллапса звёзд достаточно большой массы (M?1,2Mсолн). При коллапсе возникает горячая Н. з. (с темп-рой в центре =1011 К), к-рая весьма скоро (за время =10—100 с) охлаждается до =109 К за счёт излучения нейтрино. Н. з. на этой стадии характеризуются очень сложным внутр. строением. Во-первых, у них — твёрдые кора и ядро (ферми-кристаллы), между к-рыми расположена жидкая оболочка (ферми-жидкость). Во-вторых, их магн. и тепловые св-ва в значит. мере обусловлены сверхпроводимостью в системе протонов и сверхтекучестью в системе нейтронов тв. и жидких оболочек. В-третьих, согласно общей теории относительности, значение силы тяготения в Н. з. заметно отличается от ньютоновского, с чем связан верхний предел масс Н. з., составляющий 2—3 Mсолн. Источниками энергии эл.-магн. излучения Н. з. могут быть кинетич. энергия вращения звезды, энергия радиоакт. распада сверхтяжёлых ядер, энергия фазового перехода ферми-кристалла в ферми-жидкость и др.

НЕЙТРОННЫЕ ЗВЕЗДЫ

НЕЙТРО́ННЫЕ ЗВЕЗДЫ, компактные астрофизические объекты с массами около 1,4 массы Солнца и радиусами около 10 км, образующиеся из массивных звезд после вспышки сверхновой(см. СВЕРХНОВЫЕ ЗВЕЗДЫ). Нейтронные звезды состоят в основном из нейтронов(см. НЕЙТРОН). Нейтронные звезды являются одними из самых интересных астрофизических объектов с физической точки зрения. Для них характерны такие явления и свойства как: сверхтекучесть(см. СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ), сверхпроводимость(см. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ), сверхсильные магнитные поля, излучение нейтрино(см. НЕЙТРИНО), эффекты специальной и общей теории относительности(см. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ). В недрах нейтронных звезд могут существовать экзотические формы материи (конденсаты различных элементарных частиц, кварковое вещество(см. КВАРКИ)).

Теоретические предпосылки

Сразу после открытия нейтрона советский физик Л. Д. Ландау(см. ЛАНДАУ Лев Давидович)показал, что возможны макрообъекты, состоящие в основном из нейтронов — нейтронные звезды. Такие объекты устойчивы благодаря давлению вырожденного газа(см. ВЫРОЖДЕННЫЙ ГАЗ). Но это не газ электронов, как в случае белых карликов(см. БЕЛЫЕ КАРЛИКИ), а газ нейтронов. Т. к. нейтроны почти в 2000 раз тяжелее электронов, то длина их волны де Бройля(см. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ)намного меньше, и для достижения вырождения необходимы бо́льшие плотности. Поэтому примерно при той же массе (порядка солнечной) нейтронные звезды в тысячу раз меньше белых карликов и имеют размеры около 10 км. Эти параметры соответствуют плотности около 10¹⁴ г/см³, что порядка плотности атомного ядра.

В 1934 американские астрономы Вальтер Бааде(см. БААДЕ Вальтер)и Фриц Цвикки(см. ЦВИККИ Фриц)предсказали, что нейтронные звезды могут рождаться во вспышках сверхновых. Однако в целом предсказания были малообещающими с астрономической точки зрения: светимость(см. СВЕТИМОСТЬ (в астрономии)), связанная с тепловым излучением нейтронной звезды, ничтожно мала, и в середине 20 века не было никакой надежды обнаружить нейтронные звезды.

Открытие

Нейтронные звезды были неожиданно открыты как радиопульсары(см. ПУЛЬСАРЫ)в 1967 в Англии. Радиопульсары — источники периодических всплесков радиоизлучения. В ходе исследований мерцаний космических радиоисточников Джоселин Белл, работавшая под руководством Энтони Хьюиша(см. ХЬЮИШ Энтони), обнаружила строго периодический радиосигнал. После того, как была отброшена гипотеза об искусственном происхождении сигнала (его связывали с внеземной цивилизацией) наблюдения были рассекречены, и в течение очень короткого времени радиопульсары были отождествлены с нейтронными звездами. За это открытие и вклад в радиоастрономию в целом Э. Хьюиш получил Нобелевскую премию по физике.

Излучение радиопульсаров связано с мощным магнитным полем нейтронных звезд (около 10¹² гаусс) и быстрым вращением (периоды радиопульсаров лежат в дипазоне от 0,0015 сек до примерно 5 сек). Вращающийся магнит излучает, если магнитная ось и ось вращения не совпадают. Чем больше магнитное поле и скорость вращения, тем больше мощность излучения.

Дальнейшие исследования. Параметры

Однако, оказалось, что еще за 5 лет до открытия радиопульсаров нейтронные звезды уже наблюдались, но не в радио, а в рентгеновском диапазоне. В 1962 с помощью детектора, установленного на ракете (рентгеновские лучи поглощаются атмосферой) был открыт источник в созвездии Скорпиона(см. СКОРПИОН (созвездие)). В 1970-е гг. было открыто множество подобных источников. Исследования показали, что рентгеновское излучение приходит от нейтронной звезды, входящей в тесную двойную систему. Когда двойные звезды(см. ДВОЙНЫЕ ЗВЕЗДЫ)достаточно близки друг к другу, возможен перенос вещества с одной звезды на другую. Этот процесс называется аккрецией(см. АККРЕЦИЯ). Если аккреция идет на нейтронную звезду, то выделяется большое количество энергии. Это связано с компактностью нейтронных звезд, благодаря чему падающее вещество приобретает гигантскую скорость (близкую к скорости света). Кинетическая энергия падающего вещества после столкновения с поверхностью (или в диске вокруг звезды) переходит в тепло. И оно излучается в рентгеновском диапазоне, т.к. температура достигает нескольких миллионов градусов.

Если на нейтронную звезду выпадет слишком много вещества, то она может превратиться в черную дыру(см. ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ), т. к. ничто (в том числе и давление вырожденного нейтронного газа(см. ВЫРОЖДЕННЫЙ ГАЗ)) не сможет противостоять гравитации.

Нейтронные звезды образуются из массивных звезд с массами от 8—10 до 30—40 солнечных масс. Из более массивных звезд образуются черные дыры. Образование нейтронной звезды сопровождается вспышкой сверхновой — колоссальным взрывом ядра массивной проэволюционировавшей звезды. После взрыва кроме нейтронной звезды остается разлетающееся вещество — остаток сверхновой. Один из самых известных — Крабовидная туманность(см. КРАБОВИДНАЯ ТУМАННОСТЬ) в созвездии Тельца. Остатки сверхновых излучают в основном в радио, оптическом и рентгеновском диапазонах спектра. Излучение связано с движением электронов и имеет нетепловую природу.

Молодая нейтронная звезда может наблюдаться как радиопульсар, а также как слабый источник в оптическом и рентгеновском диапазонах. Это возможно, т. к. молодая нейтронная звезда очень горяча, ее температура порядка сотен тысяч градусов.

Нейтронные звезды в Галактике. Направление исследований

Расчеты показывают, что в нашей Галактике должно быть несколько сотен миллионов нейтронных звезд. Большинство из них старые одиночные объекты. Они не излучают радиоволны (стадия пульсара для одиночной звезды длится 10⁷—10⁸лет). Единственная возможность увидеть их — это заметить излучение межзвездного вещества, падающего на их поверхность. Такие нейтронные звезды в состоянии аккреции(см. АККРЕЦИЯ) должны быть очень слабыми источниками рентгеновского излучения, зарегистрировать которое непросто. Кроме того, исследования показывают, что лишь несколько процентов старых нейтронных звезд находятся на стадии аккреции. Поэтому большинство объектов этого типа недоступно для наших наблюдений.

В последнее время большое развитие получили исследования слияния двойных нейтронных звезд. Если в состав тесной двойной системы входит два компактных объекта (нейтронные звезды или черные дыры), то они будут довольно быстро сближаться за счет излучения гравитационных волн, предсказанных общей теорией относительности. В случае достаточно тесной системы слияние произойдет за время, меньшее возраста Вселенной. В 1970-е гг. была открыта первая такая система, состоящая из двух нейтронных звезд, одна из которых — радиопульсар. Они должны сблизиться и слиться через несколько сотен миллионов лет. За это открытие Р. Халс(см. ХАЛС Рассел)и Дж. Тейлор(см. ТЕЙЛОР Джозеф) в 1993 получили Нобелевскую премию по физике.

При таком слиянии выделяется колоссальное количество энергии (больше чем при взрыве сверхновой(см. СВЕРХНОВЫЕ ЗВЕЗДЫ)). Слияния связывают с космическими источниками гамма-всплесков. Кроме этого заканчивается строительство нескольких крупных детекторов гравитационных волн, которые позволят зафиксировать гравитационно-волновой всплеск при слиянии двойных компактных объектов. Это позволит получить много новых данных по физике нейтронных звезд.

компактные звезды с массами порядка солнечной, радиусами Нейтронные звёзды10 км, состоящие в основном из нейтронов; конечный этап эволюции звезд промежуточных масс (Нейтронные звёзды10 масс Солнца). Существование нейтронных звезд было предсказано в 30-х гг. 20 в., открыты в 1967 по импульсному радиоизлучению (пульсары). Средняя плотность около 200 млн. т/см³.