Neutrónová hviezda: Rozdiel medzi revíziami

Pridaných 2 126 bajtov ,  pred 6 mesiacmi
Pridanie nových obrázkov, napísanie o LMXB systéme (v priebehu napíšem aj o ďalších binárnych systémoch s neutrónovou hviezdou).
d
Značky: vizuálny editor odstránenie referencie
(Pridanie nových obrázkov, napísanie o LMXB systéme (v priebehu napíšem aj o ďalších binárnych systémoch s neutrónovou hviezdou).)
{{Pracuje sa}}
[[Súbor:CollidingAn isolated neutron starsstar in the Small Magellanic ESA385307Cloud.jpg|náhľad|SimuláciaIzolovaná kolízieneutrónová dvochhviezda hmotných(modrá neutrónovýchškvrna hviezd,v prostredníctvomstrede ktorejčerveného vznikliprstenca) v [[Časopriestor|časopriestore]]Malom [[GravitačnáMagellanove vlnamraky|gravitačnéMagellanovom vlnymračne.]].]]
'''Neutrónová hviezda''' je vesmírny objekt s extrémnou hustotou, ktorý vznikne po výbuchu [[supernova|supernovy]]. Je to degenerovaná hviezda z neutrónového plynu a predstavuje záverečné štádium vývoja hmotných [[hviezda|hviezd]] – [[Nadobor|nadobrov]], ktoré dosahujú približne 20-násobok hmotnosti Slnka. V ich vnútri dochádza k postupnej syntéze ľahších prvkov na ťažšie, po vzniku železa exploduje hviezda vo výbuchu supernovy a jej jadro je stlačené do neutrónovej hviezdy s extrémnou hustotou. Myslíme si, že na rozdiel od čiernych dier, či iných hypotetických objektov, ktoré ešte neboli experimentálne potvrdené alebo vyvrátené, sú práve neutrónové hviezdy tímy najmenšími a zároveň najhustejšími objektami vo vesmíre. Pozorované neutrónové hviezdy dosahujú na svojom povrchu približne 6 000 kelvinov. Ich magnetické a gravitačné polia sú miliárdkrát silnejšie ako má Zem. Hmotnosť neutrónových hviezdy je vždy väčšia, ako 1,4 [[hmotnosť Slnka|hmotnosti Slnka]], ale menšia, než 2,16 hmotnosti Slnka. Po prekročení 2,16-násobku hmotnosti Slnka (''Oppenheimerova-Volkoffova medza''), by gravitačný kolaps hviezdy pokračoval až do vzniku objektu s extrémne silnou gravitáciou – [[čierna diera|čiernej diery]].
 
 
== História objavov ==
[[Súbor:Crab Nebula pulsar x-ray.jpg|vľavo|náhľad|Rýchlo rotujúca neutrónová hviezda (pulzar) v srdci [[Krabia hmlovina|Krabej hmloviny]] (''biela bodka blízko stredu''). Objavenie pulzaru J. Cockeom, D. Taylorom a M. Disneyom po niekoľkých rokoch prinieslo odpoveď na otázku, prečo Krabia hmlovina stále tak jasne žiari.]]
Matematický základ pre samotnú myšlienku existencie čiernych a neutrónových hviezd poskytol už roku 1930 [[Subrahmanyan Chandrasekhar]], ktorý si uvedomil, že pri hranici 1,4-násobku hmotnosti Slnka neexistuje pre bieleho trpaslíka žiadna gravitačná rovnováha (''pozri Vznik a fyzikálne vlastnosti''). Keďže sa ešte vtedy neuvažovalo o objektoch, ktoré by vznikli po zrútení veľmi hmotných hviezd, teória bola medzi vedeckou komunitou prijatá s veľkou, v niektorých prípadoch až útočnou kritikou na jeho meno. Dnes však vieme, že Chandrasekhar mal pravdu. O niečo neskôr, konkrétne v roku 1934, astronómovia [[Walter Baade]] a [[Fritz Zwicky]] usúdili, že zrútenie veľmi hmotných hviezd, jav známy ako výbuch supernovy, je spôsobený energiou gravitácie, ktorá sa pri zrútení jadra impulzívne uvoľní.<ref name=":0" /> Po tomto zrútení je hviezda stlačená do veľkosti 10 kilometrov a s hustotou zrovnateľnou s hustotou atómového jadra. Hoci na konci 30. rokov 20. storočia boli fyzikálne zákonitosti neutrónových hviezd niekoľkokrát teoreticky potvrdené, ich existencia ostala až do roku 1968 len čisto hypotetická.
[[Súbor:1997NeutronStar.jpg|náhľad|Prvé priame pozorovanie neutrónovej hviezdy ([[RX J1856.5−3754]]) vo viditeľnom svetle.]]
V roku 1974 bola Antonymu Hewisovi za jeho hlavnú úlohu v objave pulzarov udelená Nobelova cena, bez Jocelyn Bellovej, ktorá na objave predtým spolupracovala. [[Don Backer]] objavil v roku 1982 prvý milisekundový pulzar PSR B1937+21. Rotoval 642-krát za sekundu a po dobu 24 rokov ostal do objavu pulzaru PSR J1748-2446ad (rotujúci viac ako 700-krát za sekundu) najrýchlejšie rotujúcim milisekundovým pulzarom.
 
V roku 2019 sa vedcom podarilo objaviť (doteraz) najhmotnejšiu neutrónovú hviezdu – ''J0740+6620.'' Ide o pulzar, ktorý je súčasťou binárneho systému, dvojhviezdy s bielym trpaslíkom. Hmotnosť J0740+6620 bola určená na 2,14 násobok hmotnosti Slnka, čo je veľmi tesne k teoretickej hornej hranici hmotnosti neutrónových hviezd.
 
== Vznik ==
 
===== Teplota a hmotnosť =====
V súčasnosti vieme, že veľmi hmotné hviezdy v priebehu ich hviezdneho života môžu strácať malý zlomok svojej hmotnosti vďaka silným hviezdnym vetrom a preto hviezdy mierne ťažšie ako 1,4 násobok Slnka môžu pravdepodobne skončiť ako biely trpaslíci. Pre bieleho trpaslíka s hmotnosťou vyššou ako 1,4 násobok Slnka však gravitačná rovnováha neexistuje- minimálna hmotnosť neutrónovej hviezdy sa teda pohybuje v rozmedzí 1,4 násobku slnečnej hmotnosti a až po hornú hranicu jej hmotnosti-''Oppenheimerova-Volkoffova medzu-,'' kde by gravitačný kolaps biehehobieleho trpaslíka nevyhnutne pokračoval do vzniku objektu s extrémne silnou gravitáciou[[Čierna diera|-čiernej diery]]. Limit pre hornú hranicu hmotnosti neutrónových hviezd sa všeobecne pohybuje okolo 2,1 M☉, hoci podľa nedávnych objavov je to približne 2,16 M☉ slnečnej hmotnosti.<ref>Rezzolla, Luciano; Most, Elias R.; Weih, Lukas R. (2018). "Using Gravitational-wave Observations and Quasi-universal Relations to Constrain the Maximum Mass of Neutron Stars". ''The Astrophysical Journal''. '''852''' (2)</ref> Vychádza sa totiž z údaju, že hmotnosť väčšiny pozorovaných neutrónových hviezd je ''2,14M''☉. I keď sa predpokladá, že za hranicou 2,6 M☉ nastane gravitačný kolaps ďalej pokračujúci do vzniku čiernej diery, najmenšia hmotnosť pozorovaných čiernych dier je 5 M☉. Medzi 2,16M☉ a 5M☉ boli navrhnuté rôzne hypotetické hviezdy a objekty (napr. ''[[Kvarková hviezda|kvarkové hviezdy]])'' a hoci kandidáti na tieto hypotetické objekty neexistujúexistujú, stále sa ich existencia nepotvrdila. Teploty vo vnútri novovzniknutej neutrónovej hviezdy dosahujú okolo 10<sup>11</sup> do 10<sup>12</sup> K.<ref>Lattimer, James M. (2015). "Introduction to neutron stars". ''American Institute of Physics Conference Series''. AIP Conference Proceedings. '''1645''' (1</ref> V priebehu niekoľkých rokov však žiarenie prostredníctvom emitovania [[Neutríno|neutrín]] a [[Fotón|fotónov]] rapídne klesne zhruba na 10<sup>6</sup> K. Pri tejto prechádza žiarenie emitované neutrónovou hviezdou prevažne do röntgenovej oblasti elektromagnetického spektra. Podobne, ako podľa [[Hertzsprungov-Russellov diagram|Hertzsprungov-Russellovho]] diagramu klasifikujeme hviezdy do jednotlivých kategórií, tak aj vedci navrhli klasifikáciu neutrónových hviezd podľa ich rýchlosti ochladzovania a hmotnosti: '''typ I''' – neutrónové hviezdy s nízkou, z hľadiska klasifikácie najnižšou rýchlosťou ochladzovania a hmotnosti '''typ II''' – neutrónové hviezdy s vyššou hmotnosťou a rýchlosťou ochladzovania ako neutrónové hviezdy typu I '''typ III''' – neutrónové hviezdy ešte s vyššou rýchlosťou ochladzovania a hmotnosťou blížiacej sa ku kritických hodnôt 2 M☉ a vyššie.
 
===== Gravitačné a magnetické pole =====
===== Hustota a vnútorná štruktúra =====
[[Súbor:Neutron star cross-section.JPG|náhľad|254x254bod|Prierez neutrónovou hviezdou.]]
Podrobné zloženie a aj samotná štruktúra neutrónových hviezd predstavuje ešte stále veľký otáznik. Podrobnejší obraz o vnútri sme si vytvorili podľa presného štúdia zmien rýchlosti otáčania neutrónovej hviezdy, alebo (ako nám neskôr umožnili vesmírne röntgenové teleskopy) podľa priameho určenia súvislostí medzi hmotnosťou a jej polomerom pomocou merania vyžarovaného spektra z povrchu. Prierez neutrónovou hviezdou by vyzeral veľmi podobne ako rez štruktúrou Zeme-začali by sme plášťom, pokračovalo by tekuté vnútro a pravdepodobne aj pevné jadro.<ref name=":0" /> Celková hustota neutrónových hviezd je približne 5,9 x 10<sup>17</sup> kg/m<sup>3</sup> (4,1 × 10<sup>14</sup> násobok hustoty Slnka), pričom hustota atómového jadra je 3 × 10<sup>17</sup> kg / m3, čo vysvetľuje neuveriteľnúvysokú hustotu, ktoré neutrónové hviezdy po zrútení bieleho trpaslíka dosahujú. Vonkajší plášť by mal byť tvorený zo železa, ale pri čoraz vyšších hustotách, ktoré dosahujú hodnoty 6 × 10<sup>17</sup> kg/m<sup>3</sup>, by sa mali hlbšie vyskytovať neobyčajné jadra bohaté na neutróny-ku príkladu jadrajadrá z [[Nikel|niklu]], [[kryptón|kryptónu]] či [[Germánium|germánia]] – ktoré by boli usporiadané v kryštalickej štruktúre.<ref name=":0" /> Hlboko pod plášťom hustota dosahuje až 10<sup>14</sup> gramov na centimeter kubický. Za týchto podmienok sa hmota vyskytuje prevažne v podobe voľných neutrónov, ktoré vykazujú vlastnosti analogické tekutému héliu na Zemi pri teplotách blížiacich sa ku absolútnej nule. Priamo v jadre, kde je hustota niekoľko krát vyššia ako 10<sup>14</sup> g/cm<sup>3</sup> , platia neznáme fyzikálne mechanizmy. Predpokladá sa, že v jadre sa nachádza ten najhustejší materiál vo vesmíre, miliárd krát hustejší ako železo. Podľa iných, stále kontroverznejších variant, sa v jadre nachádzajú tzv. ''podivné kvarkové hrudky''-pevné látky zložené z neviazaných protónov, neutrónov a ďalších elementárnych častíc.<ref name=":0" />
 
== Binárne systémy ==
[[Súbor:Colliding neutron stars ESA385307.jpg|náhľad|Simulácia kolízie dvoch hmotných neutrónových hviezd, prostredníctvom ktorej vznikli v [[Časopriestor|časopriestore]] [[Gravitačná vlna|gravitačné vlny]].]]
Približne 5% zo všetkých neutrónových hviezd v našej galaxii tvoria binárne systémy, kde druhú zložku tvorí biely trpaslík, čierna diera, červený obor, alebo aj ďalšia neutrónová hviezda. Dvojhviezdy, kde obe zložky obsahujú neutrónové hviezdy alebo neutrónovú hviezdu v binárnom systéme spolu s čiernou dierou, boli pozorované prostredníctvom gravitačných vĺn.
 
==== Röntgenový binárny systém s nízkou hmotnosťou ====
[[Súbor:Accretion disk.jpg|náhľad|210x210bod|Umelcova predstava čiernej diery s obežnou hviezdou, ktorá presahuje jej [[Rocheova medza|Rocheovu medzu]]. Hmota z hviezdneho spoločníka je priťahovaná smerom k čiernej diere a vytvára okolo nej akrečný disk-najviditeľnejšiu časť LMXB systému. ]]
Röntgenový binárny systém s nízkou hmotnosťou ('''LMXB'''-''Low-mass X-ray binary'') sú binárne systémy, kde jedna zložka je neutrónová hviezda alebo čierna diera, pričom druhá zložka (darca) je menej hmotným objektom-zvyčajne ide o plazmovú hviezdu (červený obor a biely trpaslík). LMXB systémy emitujú väčšinu svojho žiarenia prostredníctvom röntgenových lúčov, ktoré sú emitované horúcim plynom, ktorý sa prostredníctvom akrécie (akréčny disk okolo kompaktného objektu je najjasnejšou časťou LMXB<ref>''A catalogue of low-mass X-ray binaries in the Galaxy, LMC, and SMC (Fourth edition)'' - Q. Z. Liu, J. van Paradijs, and E. P. J. van den Heuvel (str. 1) </ref>) dostáva z druhej zložky na povrch neutrónovej hviezdy, alebo začne rotovať okolo gravitačného pôsobenia čiernej diery. LMXB systémy patria medzi tie najjasnejšie objekty na röntgenovej oblohe, no približne menej ako jedno percento žiarenia je emitované vo viditeľných vlnových dĺžkach. V Mliečnej ceste bolo zistených približne dvesto takýchto binárnych systémov.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
== Referencie ==
51

úprav