Γνωριμία με ένα …. Αστέρι νετρονίων!

above-adventure-aerial-air

Τα pulsars ή διαφορετικά τα παλλόμενα ουράνια σώματα είναι ουσιαστικά αστέρες νετρονίων (neutron stars).

Τα σώματα αυτά συνιστούν το αποτέλεσμα της έκρηξης supernovae άστρων με μάζα περίπου 8 ηλιακών μαζών. Συγκεκριμένα, όταν η μάζα του εναπομείναντος άστρου κυμαίνεται μεταξύ 1,4 και 3,2 ηλιακών μαζών, τότε λόγω της βαρυτικής κατάρρευσης, τα ηλεκτρόνια γίνονται σχετικιστικά. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια τους διαρκώς αυξάνεται, με αποτέλεσμα  να συμβαίνει η λεγόμενη αντίστροφη β διάσπαση [p+e=n+v,ν=νετρίνο], όπου ένα πρωτόνιο αλληλεπιδρά με ένα ηλεκτρόνιο και έχουμε την παραγωγή νετρονίου. Στην κατάσταση αυτή, η ύλη δεν μπορεί να συμπιεστεί άλλο με αποτέλεσμα να αποτελείται από ένα εκφυλισμένο αέριο νετρονίων [1],η πίεση του οποίου εξισορροπεί τις δυνάμεις βαρύτητας. Αξίζει να σημειωθεί ότι λόγω  του πλήρους εκφυλισμού των νετρονίων δεν λαμβάνει χώρα η β διάσπαση που θα οδηγούσε στη διάσπαση των νετρονίων σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια! 

Τα pulsars χωρίζονται όπως και η γη σε διάφορα στρώματα με κάποια συγκεκριμένα χαρακτηριστικά το καθένα. Έχουμε λοιπόν τα εξής στρώματα: 

1.Ατμόσφαιρα: Η ατμόσφαιρα ενός πάλσαρ-αστέρα νετρονίων αποτελείται από πλάσμα [2] σε πολύ υψηλή θερμοκρασία και έχει πάχος μόλις μερικά εκατοστά. 

2.Εξωτερικός  φλοιός: Ως εξωτερικό φλοιό έχουμε ένα κρυσταλλικό πλέγμα βάθους 200m αποτελούμενο από πρωτόνια και ηλεκτρόνια. 

3.Εσωτερικός  φλοιός: Στον εσωτερικό φλοιό τα περισσότερα πρωτόνια και ηλεκτρόνια σχηματίζουν νετρόνια. 

4.Πυρήνας: Στον πυρήνα παρατηρείται ένα σύνολο νετρονίων σε υγρή μορφή. Το υγρό αυτό χαρακτηρίζεται ως υπέρευστο [3] και ως  περαγώγιμο [4]. 

Στο σημείο αυτό θα γίνει μια αναφορά στα χαρακτηριστικά των pulsars. Τα σώματα αυτά τα οποία αποτελούν μια υποκατηγορία των αστέρων νετρονίων, παρουσιάζουν κάποια κοινά χαρακτηριστικά με τους τελευταίους. Αρχικά, αποτελούν μικρές δομές στο σύμπαν, αφού η ακτίνα τους δεν ξεπερνά τα 20km. Αυτό βέβαια έχει ως αποτέλεσμα τεράστια ποσότητα ύλης να συμπιέζεται σε ένα μικρό σχετικά χώρο και άρα να έχουμε αύξηση της πυκνότητας των αντικειμένων αυτών.

Για να καταλάβουμε πόσο πυκνοί είναι οι αστέρες νετρονίων, αρκεί να σκεφτούμε ότι ένας κύβος  ζάχαρης από τον αστέρα αυτόν ζυγίζει περίπου 109 κιλά στη γη!

Όσον αφορά τη θερμοκρασία τους, στα πρώτα στάδια γέννησης τους, φτάνει τους 738,85 βαθμούς Κελσίου  αλλά λόγω της εκπομπής ακτινοβολίας η θερμοκρασία αυτή σταθεροποιείται στους -167,17  βαθμούς Κελσίου. Τέλος, η περιστροφή τους είναι εξαιρετικά γρήγορη, καθώς μια πλήρης περιστροφή μπορεί να διαρκέσει μέχρι μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου. 

Βέβαια αυτό που διακρίνει τα pulsars από τους τυπικούς αστέρες νετρονίων είναι η παλμική εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, χαρακτηριστικό που τους έδωσε και την αντίστοιχη ονομασία (pulse=παλμός).

Συγκεκρίμενα, λόγω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου που χαρακτηρίζει τα παλσαρς (μπορούμε να τα φανταστούμε ως ηλεκτρικά δίπολα) σε συνδυασμό με την γρήγορη περιστροφή τους, δημιουργείται ένα εξ επαγωγής ηλεκτρικό πεδίο. Έπειτα, το πεδίο αυτό ασκεί κάποια δύναμη στα σωματίδια που βρίσκονται στην επιφάνεια του αστέρα νετρονίων-pulsar,την περίφημη δύναμη Lorentz, η όποια είναι πολύ ισχυρότερη από τη βαρυτική, με αποτέλεσμα την απόσπαση σωματιδίων από την επιφάνεια του αστέρα. Στη συνέχεια, τα σωματίδια αυτά παγιδεύονται στις μαγνητικές γραμμές του ισχυρού αυτού μαγνητικού πεδίου και αποκτούν σχετικιστικές ενέργειες (δηλαδή πολύ υψηλές ενέργειες). Έτσι, μέσω της φυσικής διαδικασίας που ονομάζεται ακτινοβολία Σύγχροτρον, τα σωματίδια αυτά ακτινοβολούν και δημιουργούν το εντυπωσιακό φαινόμενο το οποίο μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, καθώς και το φάσμα του pulsar. Σχετικά τώρα με το φάσμα των pulsars, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω καλύπτει αρκετές περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Πιο συγκεκριμένα, μπορούμε να εντοπίσουμε pulsars που εκπέμπουν στο οπτικό μήκος κύματος, στις ακτίνες Χ, στο υπεριώδες και στο μακρινό υπέρυθρο.

Όμως, η πλειοψηφία των pulsars εκπέμπει σε συνδυασμό με τα παραπάνω και στα ραδιοφωνικά μήκη κύματος και για το λόγο αυτό μπορούν να εντοπιστούν πιο εύκολα από τα ραδιοτηλεσκόπια. Τέλος, ένα χαρακτηριστικό του φάσματος των αστέρων νετρονίων είναι ότι δεν ακολουθεί την κατανομή μέλανος σώματος του Planck, δηλαδή είναι μη-θερμικό.

Παρακάτω μπορείτε να παρακολουθήσετε ένα ιδιαίτερα εντυπωσιακό βίντεο το οποίο έχει επιμεληθεί το Κέντρο διαστημικών πτήσεων Goddard της NASA. Στο βίντεο παρουσιάζεται μια λεπτομερής προσομοίωση του περίπλοκου, υψηλής ενέργειας περιβάλλοντος γύρω από τα περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων.

Υποσημειώσεις:

 1:Είναι το αέριο που δεν υπακούει την καταστατική εξίσωση. 

2:Είναι μια από τις θεμελιώδης μορφές της ύλης και μάλιστα η πιο κοινή. 

3:Το ρευστό που δεν χαρακτηρίζεται από εσωτερική τριβή (ιξώδες.) 

4:Το υλικό που δεν παρουσιάζει κάποια μορφή αντίστασης κατά τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από αυτό. 

 

Πηγές:

  • jb.man.ac.uk/news/neutronstar/  (tor browser). 
  • Βιβλίο σημειώσεων του καθηγητή αστροφυσικής στο ΕΚΠΑ Απόστολου Μαστιχιάδη. 

Εικόνες:

  • https://phys.org/news/2018-09-neutron-star-jets-theory.html
  • https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/gr_pulsar.html
Ακολουθείστε μας και χαρίστε μας ένα like:
Close Menu