Султонали Абдурахмонов - Все науки. №5, 2022. Международный научный журнал

Так называемая нейтронная звезда – это сверхмассивный астрономический объект, которая является конечным продуктом эволюции звёзд и состоящая из нейтронной сердцевины, покрытой относительно тонкой (около 1 км) корой особого вещества с преобладанием ядер железа и никеля. Масса нейтронной звезды практически такая же, как и наше Солнца, но радиус её, всего порядка 10 – 20 км. Поэтому средняя плотность вещества такой звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8×10 17 кг/м³). Предполагается, что эти сверхмассивные нейтронные звезды рождаются во время вспышек сверхновых.

Первые предположения о существовании звёзд сверхвысокой плотности были опубликованы советским учёным Львом Ландау, до открытия нейтрона Джеймсом Чедвиком 24 февраля 1932 года [1], в статье [2], написанной в январе 1931 года, но опубликованной 29 февраля 1932 года [1]. В данной статье он вычислил верхний предел массы белых карликов и получил значение 1,5 солнечных масс (так называемый «Предел Чандрасекара»), масса при которой выраженный электронный газ способен сдерживать коллапс. Известно [3], что предел Чандрасекара – верхний предел массы, при котором звезда может существовать как белый карлик. Если масса звезды превышает этот предел, то она становится нейтронной звездой. Существование предела было доказано индийским астрофизиком Субраманьяном Чандрасекаром. В зависимости от химического состава белого карлика значение предела Чандрасекара варьируется в диапазоне от 1,38 до 1,44 солнечных масс. Субраманьян Чандрасекар – американский астрофизик и физик-теоретик индийского происхождения,, внесший значительный вклад в теоретическую физику и астрофизику, за открытие предела, названного его именем, в 1983 году удостоен Нобелевской премии по физике.

В декабре 1933 года [1] двое учёных Вальтер Бааде и Фрицем Цвикки на съезде Американского физического общества в Стэнфорде 15—16 декабря 1933, пытались объяснить колоссальное энерговыделение при взрыве сверхновых. Тем самым они также предсказали существование нейтронных звезд и предположили, что эти звезды образуются при взрыве сверхновых.

В 1937 году Г. Гамов основываясь на ранних работах Чандрасекара и Ландау в свой книге [4] писал следующее: «Массивные звёзды являются объектами, внутри которых на определённом этапе их существования образуется ядерная материя», а объяснил он это образование тем, что когда протоны превращаются в нейтроны, ядро атома захватывает электрон бета захватом. В 1938 г. Цвикки совей статье [5] написал «Если сверхновая – это переход от обычной звезды к нейтронной, то мы должны наблюдать красное смещение в центральной звезде сверхновой, что должно доказывать гипотезу.» и это подтвердилось. Германо-Американский астрофизик Рудольф Минковский, наблюдая за сверхновой в галактике IC4182 заметил красное смещение равное 100 ангстрем, исходя из предыдущей гипотезы это красное смещение ничто иное как «гравитационное красное смещение».

В 1967 году Джоселин Белл, Энтони Хьюиш была обнаружена первая нейтронная звезда (Пульсар PSR B1919+21). Открытие произошло на 81,5 – мегагерцового радиотелескопа в диапазоне -08 о<���σ <44 о. Период сигнала был равен ~1.33 с. Это настолько сильно удивило исследователей, что первое предположение источником сигнала являлось внеземная цивилизация и по этом причине первое название дынного объекта было LGM-1 ( Little Green Men – Маленький зелёный человечек). Некоторое время это открытие оставалось в тайне, но 1968 году в журнале Nature появилась статья на эту тему [6], авторами являлись Д. Белл и Э. Хьюиш. В этой статье были описаны наблюдения и предполагаемые источники. Основываясь на работе [7] Белл и Хьюиш предположили, что источниками могут являться компактные объекты (белые карлики, нейтронные звёзды), но не было достаточно веских аргументов. За этот выдающийся результат Энтони Хьюиш получил в 1974 году Нобелевскую премию. В этом же году Томас Голд смог дать точное объяснение источника. Он описал модель быстро вращающейся нейтронной звезды с сильным магнитным полем и окружённой плазменной магнитосферой, наполненной заряженными частицами, при этом генерируется когерентное, направленное радиоизлучение. При вращении данной нейтронной звезды излучение концентрируется на полюсах и при наблюдении мы видим картину аналогичную маяку. После открытия пульсаров изучение нейтронных звёзд пошло быстрым темпом. Вскоре были открыты новые типы нейтронных звёзд: 1971г рентгеновские пульсары, 1975 г источники рентгеновских всплесков, 1979г источник мягких гамма-всплесков, 1982 г миллисекундные пульсары и т. д.

Нейтронная звезда – космическое тело, являющийся одним из возможных результатов эволюции звёзд, состоящий, в основном, из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой (∼1 км) корой вещества в виде тяжёлых атомных ядер и электронов. Массы нейтронных звёзд сравнимы с массой Солнца, но типичный радиус нейтронное звезды составляет лишь 10—20 километров. Поэтому средняя плотность вещества такого объекта в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8·10 17 кг/м³). Дальнейшему гравитационному сжатию нейтронной звезды препятствует давление ядерной материи, возникающее за счёт взаимодействия нейтронов. Многие нейтронные звёзды обладают чрезвычайно высокой скоростью вращения, – до тысячи оборотов в секунду. Массы большинства нейтронных звёзд с надёжно измеренными массами составляют 1,3—1,5 массы Солнца, что близко к значению предела Чандрасекара.

Рис. 1

На Рис. 1 показано типичное строение нейтронной звезды, которое имеет традиционно пять слоев:

1. Самый верхний слой – это атмосфера в основном она состоит из водорода и гелия.

2. Кора внешняя (состоит из электронов, ионов, по толщине равняется нескольким сотням метров, в области тонкого слоя присутствует невырожденный газ электронного типа, а в более глубоких частях содержится вырожденное вещество).

3. Кора внутренняя (в составе преобладают электроны, нейтроны свободного типа, ядра атомные, по мере увеличения глубины содержание этих веществ увеличивается, а что касается атомных ядер, наоборот, происходит уменьшение).

4. Внешнее ядро. При достижении плотности равной ~10 14 г/см 3ядра начинают рассыпаться, и мы переходим во внешнее ядро.

5. Дальше идем внутреннее ядро, его плотность достигает ~10 15 г/см 3. Данный участок все еще остается неизвестным, имеются множество гипотез о составе внутреннего ядра гиперонная материя, мезонный конденсат, деконфенированная кварковая материя и т. д.