Нейтрон жұлдыздары туралы қызықты мәліметтер

Ғалам ақыл-ойдың қалыпты түсінігіне қарсы келетін объектілерге толы — олардың өмір сүру жағдайлары соншалықты экстремалды. Ғарыштық денелердің барлық алуан түрлілігі арасында нейтрон жұлдыздары ерекше орын алады, олар орасан зор массаны өте кішкентай өлшемдермен біріктіреді және Жер зертханаларында әлі күнге дейін қайталау мүмкін емес физикалық жағдайларды тудырады. Бұл объектілер өліп бара жатқан жұлдыздардың катастрофалық жарылыстарынан пайда болады және заттың шектік күйлеріндегі табиғаты туралы ақпаратты бойына сақтайды. Оларды зерттеу Жердегі ешбір бөлшектер үдеткішімен қол жеткізілмейтін режимде іргелі физикалық теорияларды тексеруге мүмкіндік береді.

1. Нейтрон жұлдызы — бұл массивті жұлдыздың сверхжаңа жарылысынан кейін қалатын нәрсе. Шамамен сегізден жиырма Күн массасына дейінгі жұлдыз ядролық отынды таусқан кезде, оның ядросы өз гравитациясының астында лезде сығылады, және бұл коллапс сыртқы қабаттарды жұлдызаралық кеңістікке лақтыратын алып жарылысты тудырады.
2. Өз экзотикалығына қарамастан, нейтрон жұлдыздары теориялық тұрғыдан әлі 1934 жылы — олардың бақылау арқылы ашылуынан үш онжылдық бұрын — болжанған болатын. Астрофизиктер Вальтер Бааде мен Фриц Цвикки олардың бар екендігі туралы гипотезаны Джеймс Чедвик тарапынан нейтронның ашылуынан кейін дерлік бірден ұсынды — және бұл теориялық интуиция дұрыс болып шықты.
3. Типтік нейтрон жұлдызының диаметрі шамамен 20–25 шақырымды құрайды — шамамен кішкентай жер қаласындай. Бұл ретте оның массасы Күннің бірден екі жарым массасына дейін жетеді, ал Күннің диаметрі бойынша өлшемі 109 есе үлкен. Өлшемдер мен массаның мұндай қатынасы заттың тығыздығы туралы әдеттегі түсініктерге сыймайды.
4. Нейтрон жұлдызының заты атом ядросының тығыздығынан асатын тығыздыққа ие. Мұндай материалдың бір шай қасығы Жерде шамамен бір миллиард тонна тартады — яғни бірге қосылған бірнеше мың египет пирамидалары шамамен сонша. Мұндай алып сығылу кезінде электрондар мен протондар нейтрондарға бірігіп, объектіге өз атауын береді.
5. Нейтрон жұлдызының беткі гравитациясы Жердікінен 200 миллиард есе асып түседі. Бұл 70 килограмм салмақты адам оның бетінде шамамен 14 триллион килограмм тартады дегенді білдіреді — сан соншалықты абстрактілі, оны сезінудің жалғыз жолы: мұндай объектінің бетіне құлап, ешбір материалдық зат аман қала алмайтынын түсіну.
6. Жас нейтрон жұлдыздары өте ыстық — олардың бетінің температурасы пайда болғаннан кейін дереу миллион градус Кельвинге және одан да жоғары жетеді. Уақыт өте келе олар суиды, алайда бұл процесс миллиардтаған жылдарды алады, өйткені мұндай жоғары тығыздықтағы объектіден жылу беру өте қиын.
7. Көптеген нейтрон жұлдыздары бас айналарлық жылдамдықпен айналады, секундына жүздеген айналым жасайды. Бұл бұрыштық моменттің сақталу заңының тікелей салдары — дәл солай фигурист қолдарын денесіне жақындатқанда жылдамырақ айналады. Бастапқыда баяу айналған жұлдыз кішкентай өлшемдерге сығылған кезде алып бұрыштық жылдамдықтарға дейін үдейді.
8. Нейтрон жұлдыздарының ерекше түрі — пульсарлар — магниттік полюстерден бағытталған электромагниттік сәулелену шоқтарын шығарады. Егер Жер мұндай сәуленің жолында болса, астрономдар қатаң периодты жарқырауларды — пульсацияларды тіркейді, бұл объектілердің бүкіл класына атау берді. Алғашқы пульсар 1967 жылы ашылды, және оның соншалықты дәл сигналдары басында олардың мүмкін жасанды шығу тегі туралы күрделі пікірталастар тудырды.
9. Миллисекундтық пульсарлар соншалықты жылдам айналады, атомдық сағаттардан тұрақтылығы бойынша асып түседі. Кейбіреулері секундына 716 айналымға дейін жасайды — рекордшы пульсар PSR J1748-2446ad болып табылады. Олардың периодтылығы соншалықты болжамды, астрономдар оларды ғарыш аппараттарының жұлдызаралық кеңістіктегі орнын анықтау үшін навигациялық маяктар ретінде пайдаланады.
10. Нейтрон жұлдызының магнит өрісі Жердікінен триллион есе асып түседі. Объектілердің ерекше класы — магнетарлар — үшін ол 10-ның 15-ші дәрежесіндегі гаусс мәндеріне жетеді, бұл Ғаламдағы кез келген табиғи объектілер үшін белгілі жоғарғы шек болып табылады. Жерден Айға дейінгі қашықтықтың жартысындай қашықтықта магнетар өрісі барлық электрондық құрылғыларды жойып, тірі жасушалардағы молекулаларды бұзар еді.
11. Магнетарлар кейде «жұлдыздық жер сілкіністерін» — қабықтың кенеттен қайта құрылуын, орасан зор энергия мөлшерін босататын — бастан өткереді. 2004 жылдың желтоқсанында тіркелген магнетар SGR 1806-20 жарқылы бір үлес секунд ішінде Күн 250 000 жыл ішінде шығаратыннан көбірек энергия бөлді. Бұл импульс Жерге шамамен 50 000 жарық жылы қашықтықтан жетті және атмосфераның жоғарғы қабаттарын ішінара иондау үшін әлі де жеткілікті қуатты болып шықты.
12. Нейтрон жұлдызының ішкі құрылымы әлі күнге дейін өткір ғылыми пікірталастардың пәні болып қала береді. Сыртқы қабық нейтрондар мен ауыр ядролардың кристалдық торынан тұрады деп болжанады, оның астында сұйық нейтрондық мантия орналасқан, ал ең ортасында, мүмкін, Ғаламда басқа жерде бақыланбаған кварктық заттың экзотикалық күйі бар.
13. Қос жүйелердегі нейтрон жұлдыздары көршілес серіктес жұлдыздың затын «жеуге» қабілетті. Ағып түсетін газ миллиондаған градусқа дейін қызып, қуатты рентген сәулесін шығарады — мұндай жүйелер рентгендік қос жұлдыздар деп аталады және біздің Галактикадағы ең жарқын рентгендік көздердің бірі болып табылады.
14. Қос жүйедегі екі нейтрон жұлдызының бірігу кезінде гравитациялық толқындар пайда болады — Эйнштейн болжаған кеңістік-уақыттағы толқындар. 2017 жылы LIGO және Virgo детекторлары мұндай бірігуді алғаш рет тіркеді, ол GW170817 белгісін алды, ал бір мезгілде бақыланған гамма-сәулелену жарқылы дәл осындай оқиғалар Ғаламдағы ең қуатты жарылыстарды — гамма-жарқылыларды — тудыратынын растады.
15. Нейтрон жұлдыздарының бірігуі Ғаламдағы ауыр элементтердің — алтын, платина, уран және басқаларының — негізгі өндірушілерінің бірі болып табылады. GW170817 кейінгі жарқылының спектроскопиялық талдауы онда темірден ауыр элементтерді тудыратын ядролық реакциялар — нуклеосинтездің сипаттамалы белгілерін анықтады. Ғалымдардың бағалауы бойынша, мұндай бір оқиға кезінде Жер массасынан бірнеше есе асатын алтын массасы түзіледі.
16. Ең жақын белгілі нейтрон жұлдызына дейінгі қашықтық шамамен 400 жарық жылын құрайды. Бұл Оңтүстік Тәж шоқжұлдызындағы RX J1856.5-3754 объектісі — ол астрономиялық өлшемдер бойынша соншалықты жақын, оның бұрыштық диаметрі принципті түрде өлшенуі мүмкін еді, алайда нақты өлшемдер қарапайым модельдер болжағаннан біршама үлкен болып шықты, бұл өз кезегінде жұмбақ болып табылады.
17. Пульсарлардың айналу жылдамдығы сәулеленуге энергия жоғалту салдарынан біртіндеп баяулайды. Осы баяулау жылдамдығын өлшей отырып, астрономдар объектінің жасын және оның магнит өрісінің сипаттамаларын есептей алады. Кейбір пульсарлар так называемая «глитчтерді» — айналу жылдамдығының кенеттен үдеуін — бастан өткереді, олардың табиғаты ішкі құрылымның қайта құрылуымен байланысты және бүгінгі күнге дейін толық түсіндірілмеген.
18. Әйгілі Шаян тұмандығының ортасындағы Шаян пульсары 1054 жылы қытайлық және араб астрономдары бақылаған сверхжаңа жарылысының қалдығы болып табылады. Бұл объект секундына шамамен 30 рет айналады және ең көп зерттелген пульсарлардың бірі болып табылады — нейтрон жұлдыздарының табиғаты туралы теорияларды тексеру үшін ерекше зертхана.
19. Нейтрон жұлдыздары қалыңдығы шамамен бір шақырым болатын қатты қабыққа ие, ал оның астында сұйық асқын өткізгіш өзек орналасқан. Мұндай қатты мен сұйықтың экстремалды жағдайлардағы үйлесімі бізге қолжетімді Ғалам бөлігінде бар ешнәрседе баламасы жоқ және конденсацияланған күй физиктері алдына принципті түрде жаңа міндеттер қояды.
20. Кейбір нейтрон жұлдыздары олардың магниттік полюстерінен шығатын бөлшектер ағынымен түзілген созылған тұмандықтармен қоршалған. Бұл «пульсарлық жел тұмандықтары» рентгендік және радио диапазондарында көрінеді және жұлдыздың өз өлшемінен мыңдаған есе асатын қашықтықтарға созылады — кішкентай айналып тұрған объектінің алып қуатының айқын куәсі.
21. Теориялық тұрғыдан нейтрон жұлдызының одан да тығыз күйге — ядролық күштермен бөлінген кварктардан тұратын кварктық жұлдызға — ауысуы мүмкін. Типтік емес кіші радиустары бар бірқатар бақыланатын объектілер осы экзотикалық статусқа кандидаттар ретінде қарастырылады, алайда кварктық жұлдыздардың бар екендігінің сенімді тікелей дәлелдері әлі алынған жоқ.
22. Егер нейтрон жұлдызы белгілі бір шектен асатын массаны жинаса, гравитация тіпті нейтрондық заттың қысымын жеңіп, объект қара құрдымға коллапс жасайды. Осы шектің нақты шамасы — так называемая Оппенгеймер–Волков массасы — әлі күнге дейін жүз пайыздық дәлдікпен анықталмаған және заманауи астрофизиканың негізгі сұрақтарының бірі болып табылады.
23. Нейтрон жұлдыздарын бақылау Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясын ерекше дәлдікпен растауға көмектесті. 1974 жылы Халс пен Тейлор тарапынан ашылған қос пульсар PSR B1913+16 гравитациялық сәулеленуге энергия жоғалтуды өлшеуге мүмкіндік берді — және нәтижелер теориялық болжамдармен соншалықты жақсы сәйкес келді, ғалымдар бұл ашылуы үшін Нобель сыйлығын алды.
24. Нейтрон жұлдыздары ғылымның жаңа саласы — көп арналы астрономияның негізгі объектілері болып табылады, ол электромагниттік спектрдің әртүрлі диапазондарындағы бақылауларды гравитациялық толқындар мен нейтриноны тіркеумен біріктіреді. Дәл GW170817 оқиғасы бір ғарыштық катаклизмнің бір мезгілде бірнеше принципті түрде әртүрлі әдістермен тіркелген алғашқы жағдайы болды, бұл Ғаламды зерттеуде жаңа дәуір ашты.

Нейтрон жұлдыздары — Жер эксперименттерінде принципті түрде қол жеткізілмейтін жағдайларды қайталайтын табиғи зертханалар, және дәл осы оларды ең іргелі физикалық теорияларды тексеру үшін ауыстырылмайтын етеді. Осы саладағы әрбір жаңа ашылым — екі осындай объектінің бірігуінен гравитациялық толқындарды анықтау болсын немесе магнетарлық жарқылыны тіркеу болсын — зат пен кеңістік-уақыт табиғатын түсіну шекараларын кеңейтеді. Мұндай объектілердің ең терең қабаттарында не болатыны туралы сұрақ ашық қала береді және болашақта ғаламның құрылысы туралы әдеттегі түсініктерді төңкеруі мүмкін ашылымдарды уәде етеді. Мүмкін, дәл осы жерде, өліп, қайта туған жұлдыздардың экстремалды жағдайларында, физиканың кейбір басты жұмбақтарына жауаптар жасырынған.