Neutronstjärna – Vad är det? Definition, egenskaper och fakta
Neutronstjärna — upptäck vad det är, deras extrema täthet, snabba rotation, magnetfält och fascinerande fakta om dessa supernovarester.
En neutronstjärna är en mycket kompakt rest efter en massiv stjärnas kollaps. En neutronstjärna består nästan helt av neutroner och är bland de minsta och tyngsta stjärnobjekten vi känner till. Den bildas när en massiv stjärna exploderar som en supernova och dess kärna pressas ihop till extremt hög densitet.
Storlek, massa och densitet
Neutronstjärnor har en radie på ungefär 11–11,5 kilometer men innehåller ofta en massa som är flera gånger solens massa komprimerad till denna lilla volym. Typiska massor ligger ofta kring 1,4–2 gånger solens massa; om massan blir för stor kan objektet i stället kollapsa till ett svart hål.
Materialet i en neutronstjärna har en täthet som kan jämföras med en atomkärna. Ett sätt att illustrera detta är att föreställa sig att man trycker ihop hela vår sol (som har en diameter på cirka 1 392 000 kilometer) till en boll med diameter omkring 19 kilometer, eller att en tesked materia från en neutronstjärna skulle väga ofattbara cirka 6 miljarder ton.
Gravitation, magnetfält och temperatur
- Gravitationsfältet vid ytan på en neutronstjärna är enormt — av storleksordningen 2×1011 gånger starkare än på jorden. Det betyder att vätgas, stenar eller andra partiklar som hamnar nära ytan accelereras kraftigt mot den.
- Neutronstjärnor har mycket kraftiga magnetfält, ofta mellan 108 och 1015 gånger kraftigare än jordens magnetfält. De starkaste exemplen kallas magnetstjärnor.
- Nybildade neutronstjärnor är mycket varma. Observerbara yttemperaturer ligger ofta runt eller över 600000 K — se temperatur på — men de svalnar med tiden genom utsläpp av neutriner och strålning.
Rotation och typer
Neutronstjärnor kan snurra mycket snabbt. Rotationstider varierar från ungefär millisekunder (några tusendelar av en sekund) upp till tiotals sekunder. De som sänder ut regelbundna pulser av strålning kallas pulsarer. Pulserna orsakas av strålar av elektromagnetisk strålning som sveper förbi oss när stjärnan roterar. I dubbelstjärnesystem där en neutronstjärna fångar materia från en följeslagare kan man observera särskilda fenomen och återupspinnade, mycket snabba pulsarer — så kallade binära pulsarer.
Bildning och evolution
Neutronstjärnor uppstår när en massiv stjärnas kärna kollapsar efter att bränslet tagit slut. Under kollapsen frigörs enorma mängder energi och neutriner; en del av energiutsläppet driver supernovautbrottet. Den nya neutronstjärnan svalnar och förändras över tid: magnetfält och rotationshastighet kan gradvis avta, och i dubbelstjärnesystem kan material från en följeslagare ändra dess egenskaper.
Astrofysisk betydelse och observationer
- Neutronstjärnors sammansmältningar ger upphov till både gravitationsvågor och rik produktion av tunga grundämnen (r-process). Ett välkänt exempel är detektorn GW170817 som kopplade ihop en neutronstjärne-sammansmältning med en så kallad kilonova.
- Studier av pulsarer och binära system ger möjlighet att testa allmän relativitet och mäta neutronstjärnors massor noggrant.
- Observationer i radio-, röntgen- och gammastrålning används för att upptäcka och studera neutronstjärnor. Olika typer — vanliga pulsarer, magnetstjärnor och ackretionsdrivna neutronstjärnor i röntgenbinärer — visar upp olika fenomen.
Öppna frågor
Trots god kunskap finns viktiga obesvarade frågor: vilken exakt ekvation av tillstånd (hur materia beter sig vid extrem densitet) gäller i neutronstjärnekärnan, och var går gränsen i massa mellan neutronstjärna och svart hål? Observationer av tunga neutronstjärnor och sammansmältningar hjälper forskare att begränsa dessa teorier.
Sammanfattningsvis är neutronstjärnor fascinerande laboratorier för fysik under extremt tryck, magnetfält och gravitation — föremål som kopplar samman kärnfysik, astrofysik och relativitetsteori.
Strålning från pulsaren PSR B1509-58, en snabbt snurrande neutronstjärna, får närliggande gas att glöda i röntgenstrålar (guld, från Chandra) och belyser resten av nebulosan, som här ses i infrarött (blått och rött, från WISE).
En modell som visar hur en neutronstjärna skulle se ut på insidan.
Historia
År 1934 föreslog Walter Baade och Fritz Zwicky att neutronstjärnor skulle existera, bara ett år efter att James Chadwick hade upptäckt neutronen.
När de sökte efter ursprunget till en supernova föreslog de att vanliga stjärnor i supernovaexplosioner förvandlas till stjärnor som består av extremt tätt packade neutroner, som de kallade neutronstjärnor. Baade och Zwicky föreslog att frigörandet av neutronstjärnornas gravitationsbindningsenergi driver supernovan: "I supernovaprocessen förintas massan i bulk".
Neutronstjärnor ansågs vara för svaga för att kunna upptäckas. Man arbetade inte mycket med dem förrän Franco Pacini (1939-2012) i november 1967 påpekade att om neutronstjärnorna snurrade runt och hade stora magnetfält skulle elektromagnetiska vågor sändas ut. Radioastronomen Antony Hewish och hans forskningsassistent Jocelyn Bell vid Cambridge upptäckte snart radiopulser från stjärnor som nu kallas pulsarer.
Frågor och svar
F: Vad är en neutronstjärna?
S: En neutronstjärna är en mycket liten och tät stjärna som nästan helt består av neutroner. Den har en radie på cirka 11-11,5 kilometer och en massa som är ungefär dubbelt så stor som solens.
F: Hur tät är en neutronstjärna?
S: Stjärnans täthet är som i en atomkärna, och gravitationsfältet på ytan är 2 x 1011 gånger starkare än på jorden. För att sätta det i perspektiv skulle all massa från vår sol kunna tryckas ner till en boll med 19 kilometers diameter. En tesked materia från neutronstjärnan skulle väga 6 miljarder ton.
F: Hur snabbt snurrar neutronstjärnor?
S: Neutronstjärnor snurrar mycket snabbt, från 0,001 sekund upp till 30 sekunder för att snurra.
F: Vilka typer finns det?
Svar: Det finns olika typer, t.ex. pulsarer, magnetarer och binära pulsarer som sänder ut strålar av elektromagnetisk strålning eller har starka magnetfält som är 108-1015 gånger starkare än jordens magnetfält.
F: Vilken temperatur har de vanligtvis?
S: Neutronstjärnor som kan observeras är mycket varma och har vanligtvis en yttemperatur på omkring 600000 K (600000 grader Kelvin).
Sök