Вообще, звёздами эти объекты назвать сложно, так как нейтронные звёзды - это то, что осталось от некогда могучих и прекрасных светил - белых и голубых гигантов. Но что именно там осталось? И откуда нам это известно, ведь они находятся очень далеко от нас и настолько крошечные, что их диаметр в среднем обычно составляет от 10 до 30 км!..

Нейтронные звёзды - одни из самых плотных и тяжёлых объектов во Вселенной. Так, если взять вещество нейтронной звезды размером с кубик сахара, то масса его будет сопоставима с массой горы Эверест. О существовании таких экзотических объектов догадались ещё в 1934 году американский астрофизик швейцарского происхождения Фриц Цвикки и немецкий астрофизик Вальтер Бааде. Они предположили, что после взрыва сверхновой, когда она сбросит свои внешние оболочки и выплеснет всё своё вещество в пространство, ядро взорвавшейся звезды сожмётся до крошечных по космическим меркам размеров под действием гравитации. Также они выдвинули гипотезу о том, что такие объекты будут обладать мощным магнитным полем и испускать мощное электромагнитное излучение в радиодиапазоне, характеризующееся строгой периодичностью. Гипотеза их была подтверждена, когда в 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Кембриджского университета, открыла первую нейтронную звезду - пульсар, являющийся мощным источником радиосигналов. Такие объекты первое время принимали за сигналы инопланетян, но, как обычно, всё оказалось прозаичнее. Сейчас мы наблюдаем пульсары как источники излучения, испускающие периодические импульсы - они обнаруживаются, когда лучи попадают в поле зрения наблюдателя. Большинство известных нейтронных звёзд именно являются пульсарами. К настоящему времени открыто свыше 3 000 пульсаров.


Чтобы узнать размер нейтронной звезды, астрономы следят за интенсивностью его излучения. Излучение неравномерно исходит из всех областей объекта, и с одних областей оно доходит до нас быстрее, чем с других. Благодаря множеству наблюдений строится кривая блеска звёзд, где на оси Х показано время наблюдения, а на оси У - яркость, и получается примерно такой график:


Зная скорость света и время, за которое доходит до нас излучение, астрономы рассчитывают размеры не только нейтронных, но и вообще всех звёзд ночного неба. Зачастую нейтронные звёзды находятся в двойных звёздных системах. Зная орбитальные параметры, законы Ньютона и Кеплера, астрономы высчитывают их массу. Так, средняя масса нейтронных звёзд составляет 1,4 солнечной, а самая массивная имеет массу в 2,14 солнечных! Представьте, что будет с веществом, если огромную массу сжать до таких размеров? Именно размер и масса позволяют учёным понять, что происходит в недрах нейтронной звезды.

Всю свою жизнь звезда борется за существование, поскольку любые звёзды - массивные объекты, поэтому гравитация пытается их сжать. Сжатию препятствует давление, направленное во вне, возникающее в процессе термоядерных реакций в её ядре - это обеспечивает гидростатическое равновесие, благодаря чему звезда живёт миллионы и даже миллиарды лет в зависимости от массы. Когда термоядерное топливо заканчивается у звёзд, масса которых составляет 8 солнечных и выше, равновесие нарушается, с гравитацией звезде уже нечем бороться, и ядро сжимается. При формировании нейтронной звезды огромное давление разрывает атомы и образует из протонов и электронов нейтроны. Таким образом, основной состав нейтронных звёзд, судя по названию, говорит сам за себя, но всё-таки там не только одни лишь нейтроны.


Нейтронные звёзды имеют слоистую структуру. Верхний слой - это тонкая атмосфера, состоящая из того, что ещё осталось от звезды после вспышки сверхновой, - водород и гелий. Под ней прячется тонкая кора из свободных электронов и атомных ядер. Чем глубже к недрам, тем выше давление, поэтому следующий слой - это свободные нейтроны и электроны, а ядра тяжёлых элементов образуют материал, похожий на решётку, и выглядит это как-то так:


Ещё глубже из-за невероятного сжатия протонов и электронов образуются нейтроны, причём, давление тут настолько высоко, что эта нейтронная жидкость обладает свойствами сверхтекучести и сверхпроводимости. Температура этого нейтронного "супа" может составлять сотни миллионов градусов. Ну а дальше, под этим слоем странной нейтронной жидкости находится самая экстремальная зона - ядро нейтронной звезды, и как именно оно выглядит, что там происходит, учёные не знают.


Предполагается, что ядро нейтронной звезды может состоять из кварков. Атом состоит из ядра и электронов. Ядро - из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны состоят из фундаментальных частиц - кварков, и если давление настолько велико внутри нейтронной звезды во внешних слоях, что может разорвать атомы на мельчайшие его составляющие, то в ядре нейтронной звезды сила давления такова, что способна выжать из нейтронов и протонов кварки - вещество в самом центре нейтронной звезды принимает состояние кварковой материи, которая ведёт себя как единая квантово-механическая сущность.

Нейтронные звёзды очень быстро вращаются - до 1000 оборотов в секунду! Со временем они замедляют свое вращение, но некоторые, наоборот, ускоряются. Такое поведение учёные и объясняют именно наличием сверхтекучей жидкости, не имеющей вязкости. Внутренние слои нейтронной звезды находятся в постоянном движении, более плотные и нижние движутся медленнее, чем верхние, и когда разница в их скоростях становится слишком большой, то происходит быстрая передача вращательного момента, и нейтронная звезда закручивается изнутри, как волчок.

Кто-то может задать вопрос: а зачем вообще нам пытаться заглядывать внутрь нейтронных звёзд? Что нам это даст? На Земле ни в одной лаборатории, ни на одном ускорителе не представляется возможным воссоздать подобные условия. Нейтронная звезда - настоящая лаборатория экзотической материи в космосе. Чтобы понять природу материи, нужно изучить её различные свойства и состояния, и, возможно, это наведёт нас на путь к разгадке тайны рождения Вселенной и того, как именно всё сформировалось.Источник: "Астрономия с Ауриэль"