Estrellas de neutrones

¿Qué es una estrella de neutrones?

He aquí un interesante extracto del libro "El destino de las estrellas" de George Greenstein, lo que nos permite entender la estrella de neutrones.
Este artículo 1983 no reflejan el conocimiento actual de la estrella de neutrones, que fascina cada vez más de los astrofísicos. La densidad media de una estrella de neutrones es aproximadamente la del núcleo atómico. Pero la estrella no apunta todo esto de la densidad.
A partir de su superficie hacia su centro, nos encontramos con densidades crecientes.
Para más fácilmente representar el estado de la materia dentro de las estrellas de neutrones, es instructivo para imaginar un experimento. Vamos a empezar con un bloque de materia ordinaria, el rock, y comprimir para lograr una densidad de más y más grandes. A continuación, se someterá a una serie de transiciones de los estados de cada vez más extraño y recurrente en todas las etapas, el estado de la materia en las regiones de más y más profundamente dentro de la estrella. Aplicar a un cubo de 1 km de la roca por el lado, una batería de máquinas gigantes, y comprimirlo hasta que haya más de 100 metros de altura. Ahora es más denso que cualquier material terrestre. Nos sería difícil de arrancar un pedazo pequeño de cuadrados de 3 cm, ya que pesaría unos 200 kg.

Recordemos que las estrellas de neutrones, a diferencia de los planetas y las estrellas ordinarias, tienen campos magnéticos súper poderoso. Para reproducir las condiciones que prevalecen dentro de la estrella, este cubo de aplicar un campo magnético tan intenso. Este campo es tan poderoso que deforma a los átomos que forman la materia. En ausencia de campos magnéticos, los átomos tienen una forma esférica, mientras que sometidos a campos magnéticos súper poderosos, toman una forma cónica y se alinean a lo largo de las líneas de campo magnético, al igual que muchos pequeños agujas colocadas de extremo a extremo. Los átomos ejercen fuerzas sobre cada producto químico por otro, unirse a las cadenas moleculares delgado y largo plazo. El material se estructura cónica, en el mechón de pelo. Esta es la primera fase crítica de compresión, que es el material de la superficie de la estrella.

Imagen: Los chorros de materia y antimateria que se alejan de la estrella de neutrones en el centro de la Nebulosa del Cangrejo. Esta imagen de la radiografía fue tomada en 2002 por el satélite Chandra. El anillo central tiene un diámetro de alrededor de un año luz.
Crédito: NASA/CXC/ASU/J. Hester y al.

Cuando los átomos ya no existen

El cubo, una milla de alto en el principio, se ha comprimido hasta una altura de 100 metros.
Comprimir aún más hasta que haya más de 5 metros de altura. Ahora, cada centímetro cúbico de este material superdensa alcanzado un peso de 100 toneladas, y se encuentra en un estado bastante inusual. A esta presión, los átomos que componen la materia ordinaria ya no existen.
Se ven obligados a invadir el uno del otro. átomos esféricos o "agujas" se forman a partir de electrones en órbita alrededor del núcleo. Pero una vez aplastada sobre la otra, la estructura ordenada se destruye.
Eso es exactamente lo que sucedería si usted pulsa dos casas de ladrillo de unos contra otros. Esto corresponde a la segunda fase crítica de la compresión.
Durante esta fase, el material se encuentra disuelto en una mezcla homogénea, uniforme de los componentes, atómicas : electrones y núcleos.
Ya no es sujeto a las leyes de la química. Por ejemplo, el material no puede quemar, no es ni ácido ni alcalino no tiene sabor. Estas son puramente propiedades químicas de la materia, la química y los resultados de las interacciones entre los átomos, los átomos, pero han desaparecido.
Este material forma un sólido, debido a que las fuerzas de los núcleos ejercen unos sobre otros.

Estas fuerzas son muy simples. tienen una carga eléctrica positiva, y rechazar los cargos.
Los núcleos a continuación, tratar de evitar cada uno de ellos.
La situación más favorable es aquella en la que cada núcleo es el más alejado posible de sus vecinos. Este conjunto, en el que cada partícula repele y es rechazada por todos los demás, se comporta exactamente igual que una multitud atascado en el metro : para evitar el contacto, las personas permanecen inmóviles. El material está helado : no hace frío, sino porque es denso.
La estrella de neutrones, como la Tierra, tiene una corteza exterior.
Esta corteza se inicia varios metros por debajo de la superficie de la estrella, y se extiende por varios kilómetros adentro.

Los núcleos absorber electrones

El cubo de un lado millas ha alcanzado una altura de 5 metros.
Continuando con la compresión. Los núcleos comienzan a absorber electrones. Un núcleo atómico contiene más o menos como muchos neutrones como protones, debido a la compresión, los protones reaccionan con los electrones ya que absorben más neutrones para formar. Lenta y continua, la materia ordinaria se comprime en materia de neutrones. Comprimir el cubo hasta que llega a 50 centímetros.
Cada centímetro cúbico pesa 100.000 toneladas. Todavía es un sólido, y ahora es casi su totalidad a los núcleos ricos en neutrones, con algunos electrones residuales. Pero en esta densidad, nos encontramos con la tercera fase crítica de la compresión, los neutrones comienzan a hervir alrededor de los núcleos.
Los núcleos de neutrones son tan ricos que se sienten incapaces de contener a todos. Uno a uno, primero, y luego cada vez mayores al aumentar la densidad, los neutrones que escapan de sus núcleos como las abejas en la colmena. Se llenan los espacios entre los núcleos. Se mueven libremente. Fluyen en todas direcciones. Ellos forman un superfluido (ver nota).

Más allá de la tercera fase crítica de la compresión, el material consiste en un sólido coexiste con un superfluido. El superfluido de neutrones penetra en el sólido y difusa en todas las direcciones. Se describe la estrella de neutrones la corteza interna. Situada justo debajo de la corteza exterior, se bañó en el superfluido de neutrones, un verdadero océano subterráneo.

N.B.: Sólo hay un superfluido en la Tierra, y también es extremadamente raro, que es el helio ordinario.
A los 4 grados sobre el cero absoluto (-269 ° C), se licua. Un grado 2 sobre el cero absoluto, que cambia de un líquido superfluido de ordinario. Las características más sorprendentes de este superfluido es su falta total de viscosidad. Esta propiedad hace que el movimiento de vórtices en fluidos se ven obligados a desaparecer. El agua tiene una viscosidad media, si movemos el agua en una bañera, su movimiento se mantendrá unos minutos. La miel tiene una viscosidad alta y agitar mociones para cesar de inmediato.
El helio superfluido, Él no tiene viscosidad. Si usted hizo un gesto con baño de helio superfluido, que mantendría las deformaciones durante meses.

Imagen: Ilustración del electrón.
El electrón no tiene localización precisa. Aparece y desaparece continuamente en el vacío, en una especie de vaga sin tiempo, tanto un poco aquí y un poco allí.

La desintegración de los núcleos

Compresión de continuar con nuestra imaginación...
Comprimir el cubo hasta que es de 5 centímetros.
10 billones de toneladas de materia están atrapados en este volumen. Los núcleos están tan cerca ahora que están en contacto entre sí. Que se interpenetran. Se mezclan y pierden su identidad. Más allá de esta cuarta fase crítica de compresión, los núcleos son completamente desintegrado en una sopa homogénea, casi en su totalidad compuesta de neutrones superfluido, con algunas trazas de protones y electrones.
El sólido se disolvió por la compresión.
En esta etapa hemos llegado a una zona situada aproximadamente a mitad de camino entre la superficie y el centro de la estrella, y esto marca el límite inferior de la corteza de la estrella.
Por debajo de esta frontera, un mar de neutrones superfluido se extiende en las profundidades de la estrella. Se zambulle en el océano, en el corazón de la estrella.

De hecho, la densidad no aumenta mucho.
En comparación con nuestro experimento imaginario, las condiciones en el centro de la estrella son equivalentes para reducir el cubo de un cuarto de su tamaño actual. Esto hace que un aumento relativamente modesto en la densidad.
Pero como resultado de este aumento, algo importante sucede. Estamos llegando a los límites de nuestro conocimiento. Con este aumento de la densidad, un número incalculable de partículas elementales aparecen dentro de la estrella. Cuanto más denso, más neutrones que contiene se mueven rápidamente hacia el centro de la estrella, que son tan rápidos que cada vez que chocan, un haz de partículas aparecen nuevos.
En la Tierra, estas partículas extrañas rara vez son creados en experimentos en aceleradores de partículas gigante. Pero la estrella, esto ocurre constantemente.

Imagen: Simulación de colisión de partículas que muestra una gran cantidad de partículas evanescentes complejo.

Las fronteras del conocimiento

La física de partículas elementales es una zona situada en las fronteras del conocimiento actual.
Hay prácticamente cientos de partículas exóticas, pero que no son incluidos en detalle. La razón es que ellos no viven lo suficiente como para ser adecuadamente investigados.
Una vez creado en un acelerador, que se desintegran en otras partículas exóticas que se sobreviven muy poco tiempo antes de decaer a su vez.
El mesón pi, por ejemplo, sobreviven en promedio sólo 300 millonésimas de segundo, y una vida relativamente larga en comparación con otras partículas de su tipo. Sin embargo, durante su breve existencia, las partículas ejercen entre otras fuerzas de gran complejidad, e interactuar de diversas maneras.
Las partículas elementales nuevas desintegran en un laboratorio, pero no en una estrella de neutrones.

Bajo una gran presión, se convierten en estables. Son muy numerosos en las grandes profundidades de la estrella. El centro de una estrella de neutrones se compone de la materia que apenas entiende las propiedades. Pero hay todavía más extraño, este material es más denso que una partícula elemental. Se somete a una presión tal que sus componentes fundamentales se comprimen entre sí.
Cualquier objeto en la vida cotidiana, incluso más denso que un bloque de plomo, contiene una buena cantidad de vacío. Las partículas individuales, que constituyen la materia ordinaria, no lo toque.
También es verdad en el corazón del Sol o en las profundidades de los planetas. Pero en un asunto estrella de neutrones es completamente comprimido, hay más espacio vacío. Pero incluso en esta etapa todavía no hemos llegado al centro de la estrella...

Imagen: Centro de Control del LHC crédito : CERN

Descubrimiento del primer pulsar

Los púlsares son estrellas muertas, extremadamente densa enana que a su vez sobre sí mismo, mucho más rápido que las otras estrellas (de 10 a 1000 veces por segundo).
Su barre la luz a través del espacio como un faro.
Fue en 1967 con un telescopio sensible a parpadear, como Jocelyn Bell, un estudiante de Hewish, detectó una anomalía en un abrir y cerrar de ondas de radio : la nuca. Jocelyn Bell solicitó la nuca durante meses y descubrió una serie de pulsaciones regulares.
Estos impulsos parecía demasiado regular para ser natural. Este reloj de 1,33 segundos era demasiado perfecta para ser de un proceso natural.
Al principio, los científicos se preguntaron si no estaba allí, los signos de inteligencia.
Hewish por el efecto Doppler, poner fin a esta esperanza de las señales de otra civilización. Posteriormente púlsares se han descubierto varias. Fuentes de radio de la estrella de neutrones y un púlsar es una estrella de neutrones gira rápidamente, lo que corresponde al corazón de una estrella masiva que explotó se derrumbó como una supernova al final de la vida. En general, la explosión de supernova deja un objeto celeste super compacta en su corazón llamado SNR (Super Nova descanso).

Este es el FGST (Rayos Gamma Fermi del Telescopio Espacial) de la NASA que descubrió el primer pulsar, cuyo nombre proviene de la abreviatura de la fuente de radio pulsante.
La estrella de neutrones gira rápidamente sobre la imagen por encima de los contras es de 10 000 años, parpadea tres veces por segundo por la expulsión de sus rayos gamma en el espacio.
Cinco equipos franceses de IN2P3 / CNRS, CEA / IRFU y INSU / CNRS contribuido al análisis y la interpretación de estos resultados, publicados en la revista Ciencia (Science Express el 16 de octubre de 2008).
Los astrónomos han identificado cerca de 1.800 pulsares en la Vía Láctea.
Estos pulsares se han encontrado con sus señales de radio o el pulso bajo en la luz visible y rayos X.

Imagen: Telescopio Fermi ha descubierto este púlsar con su emisión de rayos gamma. El pulsar se encuentra en los restos de supernova CTA1, situada a unos 4.600 años luz de distancia en la constelación de Cefeo.
Crédito NASA / S. Pineault, DRAO