Ce este o stea neutronică? Unul dintre cele mai fascinante obiecte cosmice cunoscute

O stea neutronică reprezintă unul dintre cele mai exotice obiecte din Univers. Acestea sunt „extreme” în aproape toate aspectele: gravitație, intensitatea câmpului magnetic, densitate și temperatură. Ați putea spune că găurile negre sunt mai dense și, într-un anumit sens, acest lucru ar fi adevărat, dar, în realitate, nu putem determina structura internă a unei găuri negre, deoarece aceasta este ascunsă definitiv dincolo de orizontul evenimentelor.

Stelele neutronice, cu o suprafață exterioară solidă (și chiar cu oceane și atmosferă!), reprezintă cele mai dense obiecte solide observabile, având o densitate în nucleu de câteva ori mai mare decât cea a unui nucleu atomic. O bucățică dintr-o stea neutronică, de dimensiunea unui grăunte de nisip, ar avea o masă de peste 500.000 de tone.

Stelele neutronice oferă o gamă vastă de caracteristici care le fac o țintă preferată a astrofizicienilor. Totuși, pentru publicul larg, acestea au o problemă de imagine, dat fiind că nu pot fi observate direct și nu au atracția misterioasă a găurilor negre.^[sursa]

Ce este o stea neutronică?

Stelele neutronice se formează în urma exploziilor unor supernove, care reprezintă sfârșitul „vieții” unei stele de dimensiuni medii (cu o masă de 8-20 de ori mai mare decât cea a Soarelui). După ce își epuizează „combustibilul” nuclear, aceste stele explodează, ejectând cea mai mare parte a materiei în spațiu.

Ceea ce rămâne colapsează într-un obiect de mici dimensiuni (după standardele astronomice), cu un diametru de aproximativ 22 km, dar cu o masă mai mare decât cea a Soarelui (aproximativ de 1,5 ori).

Scoarța stelei neutronice este alcătuită în principal din fier cristalizat. Însă acest tip de atom nu poate rezista în interiorul stelei, unde materialul suferă o tranziție, prin intermediul bizarului stadiu de „pastă nucleară”, către fluidul neutronic din nucleu.

Condițiile din nucleul stelei nu pot fi reproduse pe Pământ, iar incertitudinile cu privire la această regiune (care ar putea conține materie formată din quarcuri strange sau hiperoane exotice) constituie un factor motivant pentru studierea acestor obiecte.

Stelele neutronice emit foarte puțină lumină vizibilă, fiind practic imposibil de detectat într-o căutare neorientată. Majoritatea celor câteva mii de stele neutronice descoperite până acum au fost identificate datorită pulsațiilor radio pe care le emit.

Ca niște faruri cosmice, aceste fascicule pereche de unde radio „mătură” Universul. Dacă un astfel de fascicul atinge Terra, acesta poate fi detectat cu ajutorul telescoapelor de pe Pământ. Cel mai apropiat pulsar cunoscut este PSR J0437-4715, situat la aproximativ 500 de ani-lumină depărtare.^[sursa]

Desigur, multe dintre aceste fascicule nu ating Pământul, ceea ce înseamnă că stelele neutronice descoperite reprezintă doar o mică parte din cele existente în galaxie.

Pe lângă pulsarii „obișnuiți”, există și alte tipuri cu denumiri interesante:

• transienții radio rotativi (RRAT – rotating radio transients) – pulsari care emit impulsuri radio scurte și rare;
• magnetarii – pulsari cu un câmp magnetic incredibil de puternic;
• microquasarii – pulsari cu jeturi care ating viteze relativiste.

O stea neutronică are rotații amețitoare

O stea neutronică tipică se rotește o dată pe secundă, ceea ce este remarcabil, având în vedere masa sa. Dar dacă o stea neutronică are și o stea-companion, atunci viteza de rotație poate crește semnificativ.

Procesul care generează această rotație rapidă se numește acreție. De-a lungul a milioane de ani, steaua-companion evoluează și își mărește volumul, astfel încât stratul său exterior resimte atracția gravitațională puternică a stelei neutronice.

Gazul stelei-companion începe să „curgă” către steaua neutronică, accelerând-o, similar modului în care ați putea roti o roată de bicicletă cu un jet puternic de apă.

Acest proces are efecte remarcabile. Gazul care cade pe steaua neutronică este încălzit la milioane de grade, făcând steaua să strălucească intens, în special în zona razelor X. Această radiație este blocată de atmosfera terestră, dar poate fi detectată cu telescoapele de pe sateliți.

De fapt, cel mai luminos obiect detectat de pe Pământ (în spectrul razelor X), în afara Soarelui, este o stea neutronică, Scorpius X-1 (prima sursă de raze X identificată în constelația Scorpion), care orbitează steaua-companionă la fiecare 19 ore.

Fuziune

Gazul acumulat pe suprafața unei stele neutronice prin acreție este probabil similar, din punct de vedere al compoziției, cu cel al Soarelui nostru – în esență, hidrogen și heliu.

Enorma gravitație a stelei neutronice – de câteva milioane de ori mai puternică decât cea de pe Pământ – va comprima și încălzi acest gaz, iar după câteva ore sau zile, se ajunge la punctul în care se produce fuziunea nucleară.

Însă acest proces este instabil, iar „combustibilul” acumulat este epuizat în câteva secunde, rezultând o explozie de raze X care se propagă în galaxie.

Aceste explozii energetice au fost observate în aproximativ 100 de sisteme, începând cu prima lansare a telescoapelor cu raze X, în anii 1960. Având loc la intervale de câteva ore sau zile (în funcție de rata de acreție), acestea sunt, de departe, cele mai frecvente explozii termonucleare din Univers.

Desigur, furnizarea de gaz din partea stelei-companion se va epuiza la un moment dat. Când acest lucru se întâmplă, steaua neutronică își pierde capacitatea de a funcționa ca un pulsar radio, deși ajunge la viteze de rotație uluitoare (sute de rotații pe secundă). Deținătorul absolut al recordului de rotații pe secundă este PSR J1748-2446ad, cu 716 rotații pe secundă!

Totuși, stelele neutronice nu rămân active la nesfârșit. În cele din urmă, energia de rotație se va disipa și, în absența unei stele-companion care să o „reîncărce”, pulsarul va deveni nedetectabil. Apoi, treptat, acesta se va răci.

Până atunci însă, stelele neutronice vor continua să fie un laborator extraordinar pentru studierea materiei în condiții de densitate și temperatură extreme.