Depuis la naissance de l'univers, il s'est écoulé plus de dix milliards d'années au cours desquelles une évolution stellaire s'est produite, entraînant des modifications de la composition de l'espace extra-atmosphérique. Certains objets de l'espace disparaissent et d'autres apparaissent à leur place. Ce processus se produit tout le temps, cependant, en raison des intervalles de temps énormes, nous ne sommes en mesure de regarder qu'une seule image de la multisession colossale et fascinante.
Nous voyons l'univers dans toute sa splendeur, observant la vie des étoiles, les étapes de l'évolution et l'instant de la mort. La mort d'une étoile est toujours un événement grand et vivant. Plus l'étoile est grande et massive, plus le cataclysme est grand.
L'étoile à neutrons est un exemple frappant d'une telle évolution, un monument vivant dédié à l'ancienne puissance des étoiles. C'est tout le paradoxe. À la place d'une étoile massive dont les dimensions et la masse sont des dizaines et des centaines de fois supérieures à celles de notre Soleil, un minuscule corps céleste de quelques dizaines de kilomètres de diamètre émerge. Une telle transformation ne se produit pas à un moment donné. La formation d'étoiles à neutrons est le résultat d'un long chemin évolutif de développement d'un monstre cosmique étendu dans l'espace et dans le temps.
Physique des étoiles à neutrons
De tels objets sont peu nombreux dans l'univers, comme cela peut paraître à première vue. En règle générale, une étoile à neutrons peut être une sur mille étoiles. Le secret d'un si petit nombre réside dans l'unicité des processus évolutifs qui précèdent la naissance des étoiles à neutrons. Toutes les stars vivent leur vie différemment. La finale du drame star a également une apparence différente. L'échelle de l'action est déterminée par la masse de l'étoile. Plus la masse du corps cosmique est grande, plus l'étoile est massive, plus il est probable que sa mort sera rapide et brillante.
Les forces gravitationnelles toujours croissantes entraînent la transformation de la matière stellaire en énergie thermique. Ce processus s'accompagne involontairement d'une libération colossale: l'explosion de Supernova. Le résultat d'un tel cataclysme est un nouvel objet spatial: une étoile à neutrons.
En termes simples, la matière stellaire cesse d’être un combustible, les réactions thermonucléaires perdent de leur intensité et ne sont plus en mesure de maintenir les températures nécessaires dans les profondeurs d’un corps massif. L'effondrement devient la sortie de l'état créé - l'effondrement du gaz stellaire sur la partie centrale de l'étoile.
Tout cela conduit à une libération instantanée d'énergie, dispersant les couches externes de matière stellaire dans toutes les directions. À la place d'une étoile, une nébuleuse en expansion apparaît. Une telle transformation peut se produire avec n'importe quelle étoile, mais les résultats de l'effondrement peuvent être différents.
Par exemple, si la masse d’un objet spatial est petite, il s’agit d’un nain jaune comme le Soleil, un nain blanc reste à la place du flash. Dans l'éventualité où la masse du monstre cosmique dépasse la masse solaire des dizaines de fois, à la suite de l'effondrement, nous observons une explosion de Supernova. À la place de l'ancienne majesté stellaire, une étoile à neutrons est formée. Les étoiles supermassives, dont la masse est des centaines de fois supérieure à celle du Soleil, achèvent leur cycle de vie, l’étoile à neutrons est une étape intermédiaire. La compression gravitationnelle continue a pour conséquence que la vie d'une étoile à neutrons se termine par l'apparition d'un trou noir.
À la suite de l’effondrement de l’étoile, il ne reste que le noyau qui continue à se contracter. À cet égard, les étoiles à neutrons se caractérisent par une densité élevée, une masse énorme et de petites tailles. Donc, la masse d'une étoile à neutrons d'un diamètre de 20 km. 1,5-3 fois la masse de notre étoile. La compaction ou la neutronisation des électrons et des protons en neutrons se produit. En conséquence, lorsque le volume et la taille diminuent, la densité et la masse de la matière stellaire augmentent rapidement.
Composition des étoiles à neutrons
Des informations précises sur la composition des étoiles à neutrons ne sont pas disponibles. Les astrophysiciens utilisent aujourd'hui le modèle de travail proposé par les physiciens nucléaires pour étudier de tels objets.
Vraisemblablement, la substance stellaire est transformée en un neutron, un liquide superfluide à la suite d'un effondrement. Ceci est facilité par une énorme attraction gravitationnelle, qui exerce une pression constante sur la substance. Une telle "substance liquide nucléaire" est appelée gaz dégénéré et 1000 fois plus dense que l'eau. Les atomes d'un gaz dégénéré sont constitués d'un noyau et d'électrons tournant autour de lui. Avec la neutronisation, l'espace interne des atomes disparaît sous l'influence des forces de gravitation. Les électrons se confondent avec le noyau, formant des neutrons. La stabilité de la substance superdense donne la gravité interne. Sinon, une réaction en chaîne commencerait inévitablement, accompagnée d'une explosion nucléaire.
Plus le bord extérieur de l'étoile est proche, plus la température et la pression sont basses. À la suite de processus complexes, il se produit un "refroidissement" de la substance neutronique, à partir duquel les noyaux de fer sont libérés de manière intensive. L'effondrement et l'explosion qui s'ensuit constituent une usine de fer planétaire, qui se répartit dans l'espace, devient un matériau de construction lors de la formation des planètes.
C'est le déclenchement de supernovae que la Terre doit au fait que des particules de fer cosmiques sont présentes dans sa structure et sa structure.
Considérant conditionnellement la structure d'une étoile à neutrons dans un microscope, nous pouvons distinguer cinq couches dans la structure d'un objet:
- l'atmosphère de l'objet;
- écorce externe;
- couches intérieures;
- noyau externe;
- noyau interne d'une étoile à neutrons.
L'atmosphère d'une étoile à neutrons n'a que quelques centimètres d'épaisseur et constitue la couche la plus mince. Selon sa composition, il s’agit d’une couche de plasma responsable de l’irradiation thermique d’une étoile. Ensuite vient l'écorce externe, qui fait plusieurs centaines de mètres d'épaisseur. Entre la croûte externe et les couches internes se trouve le royaume d’un gaz électronique dégénéré. Plus le centre de l'étoile est profond, plus ce gaz devient vite relativiste. En d'autres termes, les processus se déroulant à l'intérieur d'une étoile sont associés à une diminution de la fraction de noyaux atomiques. Le nombre de neutrons libres augmente. Les régions internes d'une étoile à neutrons représentent le noyau externe, où les neutrons continuent de coexister avec les électrons et les protons. L'épaisseur de cette couche de substance est de plusieurs kilomètres, tandis que la densité de la matière est dix fois supérieure à celle du noyau atomique.
Toute cette soupe atomique existe en raison des températures colossales. Au moment de l'explosion de Supernova, la température de l'étoile à neutrons est de 1011K. Pendant cette période, un nouvel objet céleste a la luminosité maximale. Immédiatement après l'explosion, une phase de refroidissement rapide s'installe, la température tombe à 109K en quelques minutes. Par la suite, le processus de refroidissement ralentit. Bien que la température de l'étoile soit toujours élevée, la luminosité de l'objet diminue. L'étoile continue à briller uniquement en raison du rayonnement thermique et infrarouge.
Classification des étoiles à neutrons
Une telle composition spécifique de la substance nucléaire stellaire provoque une haute densité nucléaire d’une étoile à neutrons de 1014 à 1015 g / cm 3 alors que la taille moyenne de l’objet obtenu est comprise entre 10 km et 20 km au maximum. Une augmentation supplémentaire de la densité est stabilisée par les forces d'interaction neutronique. En d'autres termes, le gaz stellaire dégénéré est dans un état d'équilibre, empêchant l'étoile de s'effondrer de nouveau.
La nature assez complexe d'objets spatiaux tels que les étoiles à neutrons est à l'origine de la classification ultérieure, ce qui explique leur comportement et leur existence dans le vaste univers. Les principaux paramètres sur la base desquels la classification est effectuée sont la période de rotation de l'étoile et l'échelle du champ magnétique. Au cours de son existence, l'étoile à neutrons perd son énergie de rotation et le champ magnétique de l'objet diminue. En conséquence, le corps céleste passe d'un état à un autre, parmi lesquels les plus caractéristiques sont les types suivants:
- Les radio pulsars (éjecteurs) sont des objets qui ont une courte période de rotation, mais l'intensité du champ magnétique reste assez grande. Les particules chargées, faisant un mouvement le long des champs de force, laissent la coquille de l'étoile dans les falaises. Le corps céleste de ce type s’éjecte, remplissant périodiquement l’Univers d’impulsions radio fixées dans le domaine des radiofréquences;
- Neutron étoile - hélice. Dans ce cas, la vitesse de rotation de l'objet est extrêmement faible. Cependant, le champ magnétique n'a pas une force suffisante pour attirer des éléments de matière de l'espace environnant. L'étoile ne rayonne pas les impulsions, l'accrétion ne se produit pas dans ce cas (la chute de la matière cosmique);
- Pulsar à rayons X (accréteur). De tels objets ont une faible vitesse de rotation, mais en raison du fort champ magnétique, l’étoile absorbe intensément les matériaux de l’espace. En conséquence, dans les endroits où de la matière stellaire tombe à la surface d’une étoile à neutrons, le plasma s’accumule, s’échauffe à des millions de degrés. Ces points situés à la surface d'un corps céleste deviennent des sources de rayonnement X pulsé thermique. Avec l'avènement de puissants radiotélescopes capables de plonger dans les profondeurs de l'infrarouge et des rayons X, il est devenu possible de détecter rapidement un grand nombre de pulsars à rayons X classiques;
- Un géotateur est un objet dont la vitesse de rotation est faible, alors que de la matière stellaire s’accumule à la surface de l’étoile suite à une accrétion. Un champ magnétique puissant empêche la formation de plasma dans la couche de surface et l'étoile gagne progressivement en masse.
Comme le montre la classification existante, chacune des étoiles à neutrons se comporte différemment. Il en résulte différentes méthodes de découverte et il est possible que le destin de ces corps célestes soit différent à l'avenir.
Paradoxes de la naissance des étoiles à neutrons
La première version que les étoiles à neutrons sont les produits de l'explosion de Supernova n'est pas un postulat aujourd'hui. Il existe une théorie selon laquelle un autre mécanisme peut être utilisé ici. Dans les systèmes à double étoile, les naines blanches servent de nourriture à de nouvelles étoiles. La matière stellaire coule progressivement d'un objet de l'espace à un autre, augmentant ainsi sa masse à un état critique En d’autres termes, à l’avenir, l’une des paires de naines blanches est une étoile à neutrons.
Souvent, une seule étoile à neutrons, située dans l’environnement proche des amas d’étoiles, porte son attention sur le voisin le plus proche. Les compagnons d'étoiles à neutrons peuvent être n'importe quelle étoile. Ces paires se produisent assez souvent. Les conséquences d'une telle amitié dépendent de la masse du compagnon. Si la masse du nouveau compagnon est petite, la matière stellaire volée s'accumulera sous la forme d'un disque d'accrétion. Ce processus, accompagné d'une longue période de rotation, entraînera un réchauffement du gaz stellaire jusqu'à un million de degrés. L'étoile à neutrons s'embrase avec un flux de rayons X, devenant un pulsar à rayons X. Ce processus a deux manières:
- l'étoile reste dans l'espace un corps céleste terne;
- le corps commence à émettre de courts éclairs de rayons X (faisceaux).
Lors de flashes aux rayons X, la luminosité de l'étoile augmente rapidement, rendant un tel objet 100 000 fois plus lumineux que le Soleil.
L'histoire de l'étude des étoiles à neutrons
Les étoiles à neutrons sont devenues la découverte de la seconde moitié du 20e siècle. Auparavant, il était techniquement impossible de détecter de tels objets dans notre galaxie et dans l'univers. La faible lumière et la petite taille de ces corps célestes ne permettaient pas de les détecter à l'aide de télescopes optiques. Malgré l'absence de contact visuel, l'existence de tels objets dans l'espace était prédite de manière théorique. La première version de l'existence d'étoiles à densité énorme est apparue avec le dépôt du scientifique soviétique L. Landau en 1932.
Un an plus tard, en 1933, déjà au-dessus de l'océan, une déclaration sérieuse fut faite sur l'existence d'étoiles à la structure inhabituelle. Les astronomes Fritz Zwicky et Walter Baade ont avancé une théorie bien fondée selon laquelle une étoile à neutrons reste toujours sur le site de l'explosion de Supernova.
Dans les années 1960, une percée dans les observations astronomiques est devenue apparente. Cela a été facilité par l'apparition de télescopes à rayons X capables de détecter des sources de rayons X mous dans l'espace. En utilisant la théorie de l’existence dans l’espace de sources de fortes radiations thermiques, les astronomes ont conclu qu’il s’agissait d’un nouveau type d’étoiles. La découverte en 1967 de pulsars est un ajout important à la théorie de l'existence des étoiles à neutrons. L'Américain Jocelyn Bell, utilisant son équipement radio, a détecté des signaux radio venant de l'espace. La source des ondes radio était un objet en rotation rapide qui agissait comme une balise radio, envoyant des signaux dans toutes les directions.
Un tel objet a certainement une vitesse de rotation élevée, ce qui serait fatal pour une étoile ordinaire. Le premier pulsar découvert par les astronomes est le PSR Â1919 + 21, situé à une distance de 2283,12 sv. années de notre planète. Selon les scientifiques, l'étoile à neutrons la plus proche de la Terre est l'objet spatial RX J1856.5-3754, situé dans la constellation du sud de Corona, qui a été ouverte en 1992 à l'observatoire de Chandra. La distance entre la Terre et l'étoile à neutrons la plus proche est de 400 années-lumière.
