Из чего состоят нейтронные звезды и почему они привлекают к себе так много внимания

Александр Гайдамашко

Основные тезисы

Нейтронные звезды образуются после взрыва сверхновой и имеют чрезвычайно высокую плотность.
Они важны для науки, поскольку помогают проверять теории относительности и квантовой механики, а также способствуют образованию тяжелых элементов во Вселенной.

Нейтронные звезды – состав строение и причины научного интереса

Иллюстрация нейтронной звезды / ESA

В глубинах космоса существуют объекты, с которыми привычные законы природы теряют смысл, а материя сжимается до предела возможного. Эти небесные тела, напоминающие гигантские атомные ядра, рождаются в пламени катастрофических взрывов, а их природа буквально бросает вызов современной науке.

Как устроены нейтронные звезды и в чем заключается их уникальность?

Нейтронные звезды появляются в результате драматического финала жизни массивных светил, чья масса в 10 – 30 раз превышает солнечную. Когда термоядерное топливо в ядре такой звезды исчерпывается, внутреннее давление газа больше не может противостоять колоссальной силе притяжения. Происходит гравитационный коллапс: ядро сжимается за считанные секунды, а внешние слои выбрасываются в космос мощным взрывом сверхновой. То, что остается, является объектом невероятной плотности, где на участке диаметром всего 20 – 40 километров сосредоточена масса, равная двум нашим Солнцам, пишет 24 Канал.

Внутренняя структура нейтронной звезды напоминает многослойный пирог из экзотической материи:

Все начинается со сверхтонкой атмосферы из водорода и гелия.
Под ней лежит железная кора. Из-за невероятного давления электроны буквально вдавливаются в протоны, превращая их в нейтроны – отсюда и название.

Глубже в коре возникает состояние, которое физики иронично называют "ядерной пастой": из-за борьбы ядерных сил и электромагнитного отталкивания материя приобретает формы, похожие на спагетти или лазанью.

В самом сердце звезды, где плотность в несколько раз превышает ядерную, могут существовать гипероны или даже свободные кварки – состояние, известно как кварк-глюонная плазма.

Нейтронная звезда может быть меньше, чем современный мегаполис, такой как Нью-Йорк в США
Нейтронная звезда может быть меньше, чем современный мегаполис / Изображение Центра космических полетов имени Годдарда NASA

Особое внимание ученых привлекают различные типы этих объектов:

Пульсары – это нейтронные звезды, вращающиеся с бешеной скоростью, иногда до 716 раз в секунду, выпуская лучи радиоизлучения, как космические маяки.
Магнитары имеют самые мощные магнитные поля во Вселенной, которые в миллиарды раз сильнее земного и способны искривлять форму атомов.

Но почему эти объекты так важно изучать? Во-первых, они являются естественными лабораториями для проверки общей теории относительности Эйнштейна и квантовой механики в условиях, которые невозможно воспроизвести на Земле. Во-вторых, нейтронные звезды ответственны за богатство химического состава нашего мира. Когда две такие звезды сливаются в события, что называется килоновой, возникают условия для образования тяжелых элементов, таких как золото, платина и уран.