Hvordan fungerer en neutronsstjerne?

Hvad er en neutronsstjerne?

En neutronsstjerne er restlevningen af en massiv stjernes kerne, der er kollapset efter en supernovaeksplosion. De er among de tættest pakkede objekter i det kendte univers – en neutronsstjerne med en masse på 1,4 gange Solens masse er typisk blot 20 kilometer i diameter. Det betyder, at dens materiale er så tæt, at en teskefuld neutronsstjernemateriale ville veje over en milliard ton på Jordens overflade.

Neutronsstjerner dannes, når massive stjerner – typisk med 8-20 gange Solens masse – bruger al deres brændsel og kollapser. Tyngdekraften er så kraftig, at elektroner og protoner i atomkernerne smelter sammen til neutroner, og stjernen kollapser til en ekstremt tæt sfære. Neutronsstjerner roterer hurtigt, har usædvanlig stærke magnetfelter og er centrale objekter i studiet af ekstrem fysik.

Sådan fungerer det

1. Dannelse i en supernova: Når en masssiv stjernes kerne løber tør for brændsel, holder den op med at producere det udadgående tryk, der modstod tyngdekraften. På under et sekund kollapser kernen, mens de ydre lag kastes ud i en voldsom supernovaeksplosion – og neutronsstjernen dannes i centrum.
2. Struktur: En neutronsstjerne har en tynd atmosfære af plasmagas, en skorpe af krystalliserede atomkerner og elektroner, og en indre kerne, hvor neutroner er pakket tæt. I de absolut tættest pakkede indre lag er materialet muligvis i eksotiske tilstande som kvarkmateriale eller superfluide neutroner.
3. Rotation: Neutronsstjerner roterer ekstremt hurtigt – fra én gang i sekundet til op til 716 gange i sekundet (millisekund-pulsarer). Dette er en konsekvens af bevarelse af impulsmoment: den roterende kerne kollapser til en langt mindre sfære og roterer dermed hurtigere, ligesom en figurskøjteløber trækker armene til sig.
4. Pulsarer: Mange neutronsstjerner udsender kraftige radiostrålebundter fra polerne. Fordi de roterer, sweeper disse stråler regelmæssigt henover Jordens retning som en kosmisk fyrtårn – disse observeres som pulsarer med ekstremt regelmæssige pulser.
5. Magnetar: En særlig type neutronsstjerne med det stærkeste kendte magnetfelt i universet – en billion gange stærkere end Jordens. Magnetarer kan udsende enorme røntgen- og gammastråleudbrud og er forbundet med visse kosmiske eksplosioner kaldet soft gamma repeaters.
6. Sammenstød og gravitationsbølger: Når to neutronsstjerner i et binært system fusionerer, frigiver de enorme mænder energi som gravitationsbølger og kortvarige gammastråleudbruds. LIGO detekterede i 2017 for første gang sådanne gravitationsbølger fra fusionerende neutronsstjerner (GW170817), en milepæl i multi-messenger astronomi.

Interessante fakta

• Neutronsstjerner har magnetfelter, der er billioner af gange stærkere end Jordens magnetfelt.
• Den hurtigst roterende pulsar, PSR J1748-2446ad, roterer 716 gange i sekundet – hurtigere end en køkkenblender.
• Sammenstød af neutronsstjerner menes at skabe tunge grundstoffer som guld, platin og uran ved en proces kaldet r-processen.
• Neutronsstjerner afkøles over milliarder af år fra starttemperaturer over en million grader ned til blot et par millioner grader ved overfladen.
• Overfladen af en neutronsstjerne er tro mod mand: sæt en marshmallow fra Jordens højde ned mod overfladen, og den ville ramme med energi svarende til en atomeksplosion.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen på en neutronsstjerne og et sort hul?

Begge er rester fra massive stjerner, men de adskiller sig i masse og tyngdekraft. En neutronsstjerne har en masse på typisk 1-3 solmasser og en radius på ca. 10 km. Dens tyngdekraft er enorm, men ikke stærk nok til at forhindre lys i at slippe væk. Et sort hul opstår, når kernen er endnu mere massiv (over ca. 3 solmasser), og tyngdekraften er så stærk, at intet – heller ikke lys – kan undslippe.

Kan vi observere neutronsstjerner direkte?

Neutronsstjerner kan observeres som pulsarer via radioteleskoper, der detekterer de regelmæssige strålepulser. De kan også ses i røntgenbølgelængder, da de er meget varme. Enkelte unge neutronsstjerner kan endda ses i synligt lys. Fusionerne af neutronsstjerner opdages nu via gravitationsbølgeobservatører som LIGO og Virgo, der åbner et helt nyt vindue mod disse exotiske objekter.