Estrelas de nêutrons

O que é uma estrela de nêutrons?

Aqui está um trecho interessante do livro "O destino das estrelas", de George Greenstein, permitindo-nos compreender a estrela de nêutrons.
Este artigo 1983 não reflete o conhecimento atual da estrela de nêutrons, que fascina mais e mais de astrofísicos.
A densidade média de uma estrela de nêutron é aproximadamente a do núcleo atômico. Mas a estrela não apontar toda a densidade deste. A partir de sua superfície em direção ao seu centro, encontramos o aumento da densidade.
Para mais facilmente representar o estado da matéria no interior das estrelas de nêutrons, é instrutivo imaginar um experimento. Vamos começar com um bloco de matéria ordinária, rock, e comprimi-lo para trazê-la nas densidades cada vez maiores.
Ele passará por uma série de transições de estados de cada vez mais estranho, recorrente em todas as fases, o estado da matéria em regiões de mais e mais profundamente dentro da estrela. Aplicar para um cubo de 1 km do rock de lado, uma bateria de prensas gigantes, e comprimi-lo até que tenha mais de 100 metros de altura.
Agora é mais denso do que qualquer material terrestre. Gostaríamos de ter dificuldade em arrancar um pedaço de 3 cm quadrados, pois pesaria cerca de 200 kg.

Lembremo-nos que as estrelas de nêutrons, ao contrário de planetas e estrelas normais, tem super-poderosos campos magnéticos. Para reproduzir as condições existentes no interior da estrela, este cubo para aplicar um campo magnético tão intenso. Este campo é tão poderosa que se deforma para os átomos que compõem a matéria.
Na ausência de campos magnéticos, os átomos têm uma forma esférica, enquanto submetido a campos magnéticos super poderosos, eles tomam uma forma cônica e alinhar-se ao longo das linhas do campo magnético, como tantos outros pequenos agulhas colocadas de ponta a ponta.
Exercem forças Átomos em cada produto químico por outro, unindo-se em finas e longas cadeias moleculares. O material é então a estrutura cônica, na mecha de cabelo. Esta é a primeira fase crítica de compressão, que é o material da superfície da estrela.

Imagem: Jatos de matéria e antimatéria que se desviem da estrela de nêutrons no centro da Nebulosa do Caranguejo. Esta imagem do raio-X foi tomada em 2002 pelo satélite Chandra. O anel central tem um diâmetro de cerca de um ano luz. Crédito: NASA/CXC/ASU/J. Hester e al.

Quando os átomos não são mais

O cubo, uma milha de altura, no início, foi compactado até uma altura de 100 metros. Comprimi-lo ainda mais até que ela tenha mais de 5 metros de altura. Agora, cada centímetro cúbico desse superdensa material atingiu um peso de 100 toneladas, e se encontra em um estado bastante incomum. A esta pressão, os átomos que compõem a matéria comum já não existem. Eles são obrigados a invadir outra. Os átomos esféricos ou "agulhas" são formados por elétrons que orbitam o núcleo. Mas uma vez esmagou um sobre o outro, a estrutura ordenada é destruído. Isso é exatamente o que aconteceria se você tivesse pressionado duas casas de tijolos uns contra os outros. Isso corresponde à segunda fase crítica de compressão. Durante esta fase, o material é encontrado dissolvido em uma mistura homogênea, uniforme, componentes atômicos, elétrons e núcleos. Não é mais sujeita às leis da química. Por exemplo, o material não pode queimar, não é nem ácida nem alcalina não tem sabor. Estes são puramente químicas da matéria química, e os resultados das interações entre os átomos, os átomos, mas desapareceram.
Este material forma um sólido, porque isso força a exercer sobre os núcleos uns dos outros.

Estas forças são bastante simples. têm uma carga elétrica positiva, e cargas se repelem. Os núcleos, em seguida, tentar evitar cada uma delas.
A situação mais favorável é aquele em que cada núcleo é o mais distante possível dos seus vizinhos.
Este conjunto, em que cada partícula repele e é repelido por todos os outros, se comporta exatamente como uma multidão preso no metrô: para evitar o contato, as pessoas permanecem imóveis.
O material é congelado: não é frio, mas porque ela é densa. A estrela de nêutrons, como a Terra, tem uma crosta exterior. Esta crosta começa a poucos metros abaixo da superfície da estrela, e estende-se a poucos quilômetros para o interior.

Os núcleos absorvem elétrons

O cubo de um lado milhas chegou agora a altura de 5 metros. Continuando compressão.
Núcleos de começar a absorver os elétrons. Um núcleo atômico contém cerca de nêutrons muitos como prótons, devido à compressão, os prótons reagem com os elétrons absorvem agora para formar nêutrons mais. Lento, contínuo, a matéria ordinária é comprimido em matéria de nêutrons. Compactar o cubo até que ele atinja 50 centímetros.
Cada centímetro cúbico pesa 100.000 toneladas.
É ainda um sólido, e é agora quase inteiramente constituída de núcleos ricos em nêutrons, com alguns elétrons residual.
Mas, esta densidade, encontramos a terceira fase crítica de compressão, os nêutrons começam a estar fervendo ao redor do núcleo.
Os núcleos são tão ricos em nêutrons que se encontram incapazes de contê-los todos. Um por um, primeiro, e depois cada vez maior com o aumento da densidade de nêutrons escapar de seus núcleos como as abelhas na colméia. Eles enchem os espaços entre os núcleos. Eles se movem livremente. Elas correm em todas as direções. Eles formam um superfluido (ver nota).

Além da terceira fase crítica de compressão, o material consiste de uma sólida coexiste com um superfluido. O superfluido de neutrões penetra na sólida e difusa em todas as direções. Nós descrevemos a estrela de nêutrons interior da crosta. Localizado logo abaixo da crosta, é banhada pelo superfluido de neutrões, um verdadeiro oceano subterrâneo.

N.B.: Há apenas um superfluido na Terra, e também é extremamente raro, é o hélio ordinário.
A 4 graus acima do zero absoluto (-269 ° C), que se liquefaz. Um grau 2 acima do zero absoluto, ele muda de um fluido que superfluido ordinária. As propriedades mais surpreendentes deste superfluido é a sua completa falta de viscosidade.
Esta propriedade faz o movimento de vórtices em fluidos são forçados a desaparecer. A água tem uma média viscosidade, se mover a água em uma banheira, seu movimento vai permanecer alguns minutos.
O mel tem uma alta viscosidade e vórtice moções para que cessem imediatamente.
O hélio superfluido, Ele não tem viscosidade. Se você acenou com um banho de hélio superfluido, seria manter as deformações por meses.

Imagem: Ilustração do elétron.
O elétron não tem localização exata. Ela aparece e desaparece continuamente no vácuo, em uma espécie intemporal de vagas, ambos um pouco aqui e um pouco ali.

Desintegração dos núcleos

Compressão continuar a nossa imaginação...
Compactar o cubo até que ele é de 5 centímetros.
10 bilhões de toneladas de matéria são presos nesse volume.
Os núcleos estão tão perto agora que eles estão se tocando. Eles se interpenetram.
Eles misturam e perdem sua identidade. Além desta quarta fase crítica de compressão, os núcleos são completamente desintegrado em uma sopa homogênea, quase inteiramente composta de nêutrons superfluido, com alguns traços de prótons e elétrons.
O sólido foi dissolvida pela compressão.
Nesta fase, temos alcançado uma área localizada aproximadamente a meio caminho entre a superfície eo centro da estrela, e isto marca o limite inferior da crosta da estrela.
Abaixo dessa fronteira, um mar de neutrões superfluido se estende até as profundezas da estrela.
Mergulha no oceano, para o coração da estrela.
Na verdade, a densidade não aumenta muito.

 Comparados à nossa experiência imaginária, as condições no centro da estrela são equivalentes para reduzir o cubo para um quarto de seu tamanho atual. Isso faz com que um aumento relativamente modesto na densidade.
Mas, como resultado desse aumento, algo importante acontece.
Estamos chegando aos limites de nosso conhecimento. Com este aumento da densidade, um número incontável de partículas elementares aparecem dentro da estrela.
O mais denso, mais nêutrons ela contém se movem rapidamente ao centro da estrela, eles são tão rápidos que cada vez que colidem, um feixe de partículas novas aparecem.
Na Terra, essas partículas estranhas raramente são criados em experiências em aceleradores de partículas gigante. Mas a estrela, isso acontece constantemente.

Imagem: Simulação da colisão de partículas mostrando uma multidão de partículas complexas evanescente.

As fronteiras do conhecimento

A física das partículas elementares é uma área localizada nas fronteiras do conhecimento atual.
Não há praticamente centenas de partículas exóticas, mas nenhum deles está incluído no detalhe.
A razão é que eles não vivem o tempo suficiente para ser devidamente investigadas. Uma vez criada, em um acelerador, que decaem em outras partículas exóticas que se sobreviver apenas um curto período antes de decair, por sua vez.
O méson pi, por exemplo, sobrevivem, em média, apenas 300 milésimos de segundo, e relativamente longa vida em comparação com outras partículas de sua espécie.
No entanto, durante sua breve existência, as partículas exercem uns sobre os outros forças de grande complexidade, e interagir de várias maneiras.
As novas partículas elementares se desintegrar em um laboratório, mas não de uma estrela de nêutrons.

Sob grande pressão, tornam-se estáveis. Eles são extremamente numerosos nas grandes profundidades da estrela.
O centro de uma estrela de nêutrons consiste de um assunto que mal podemos entender as propriedades. Mas há ainda mais bizarro, este material é mais denso do que uma partícula elementar.
É submetido a uma pressão de tal forma que seus componentes fundamentais são comprimidos uns sobre os outros. Qualquer objeto no cotidiano, mesmo tão denso como um bloco de chumbo, contém uma boa quantidade de vácuo.
Partículas individuais, que formam a matéria ordinária, não se tocam. Também é verdade no coração do Sol ou nas profundezas do planeta.
Mas em questão estrela de nêutrons é totalmente compactado, não há mais espaço vazio. Mas, mesmo nesta fase ainda não chegou ao centro da estrela...

Imagem: O centro de controle de crédito LHC: CERN

Descoberta do primeiro pulsar

Pulsares são estrelas mortas, extremamente densa anã que giram sobre si mesmo, muito mais rápido que as outras estrelas (1-10 vezes por segundo).
Sua varre luz através do espaço como um farol.
Foi em 1967 com um telescópio sensível a tremer, como Jocelyn Bell, um estudante de Hewish, detectou uma anomalia num piscar de ondas de rádio: a nuca. Jocelyn Bell pediu a nuca há meses e descobriu uma série de pulsações regulares.
Esses impulsos parecia demasiado regular para ser natural.
Este relógio 1,33 segundo foi perfeito demais para ser de um processo natural.
Na primeira, os cientistas se perguntava se ela não estava lá, os sinais de inteligência.
Hewish através do efeito Doppler, pôr fim a esta esperança de sinais de outra civilização. Posteriormente vários pulsares foram descobertos.
Fontes de rádio de estrela de nêutrons e um pulsar é uma estrela de nêutrons em rápida rotação, que corresponde ao coração de uma estrela maciça que desabou explodiu como uma supernova no final da vida. Em geral, a explosão de uma supernova deixa um objeto compacto super celestes em seu coração chamado SNR (Super Nova Rest).

Este é o FGST (Fermi Gamma-ray Space Telescope), da Nasa, que descobriu o primeiro pulsar, cujo nome vem da abreviação da fonte de rádio pulsante.
A estrela de nêutrons em rápida rotação na imagem acima contras com idade de 10 000 anos, ele pisca cerca de três vezes por segundo, expulsando seus raios gama no espaço.
Cinco equipes francesas de IN2P3 / CNRS, CEA / IRFU e INSU / CNRS contribuiu para a análise e interpretação desses resultados, publicados na revista Science (Science Express, em 16 de Outubro de 2008). Astrônomos já identificaram quase 1.800 pulsares na Via Láctea.
Estes pulsares foram encontrados com sinais de rádio ou o pulso baixo na luz visível e raios-X

Imagem: Telescópio Fermi descobriu este pulsar com a emissão de raios gama.
O pulsar é nos remanescentes de supernova CTA1, localizada a cerca de 4.600 anos-luz de distância na constelação de Cepheus.
Crédito NASA /S. Pineault, DRAO