Slupka neutronových hvězd, jak si ji představuje věda, by mohla být nestabilní

30.03. 11:11 | Autor: Radek John

Dvojice vědců zpochybnila model fungování objektů, které zůstanou po výbuchu supernovy. Pokud mají pravdu, budou fyzikové muset svoje představy o podmínkách na povrchu neutronových hvězd upravit.

Hvězdy jsou obrovské koule žhavého plynu. Ten má sklon padat směrem ke středu, takže každé hvězdě hrozí gravitační zhroucení. Nedochází k němu, protože v centru systému probíhají jaderné reakce. Jejich produktem je elektromagnetické záření, jehož tlak hmotě hvězdy v hroucení brání. Když jim dojde palivo, vybuchne část hvězd jako supernovy. Většinu plynu odmrští do okolí. Část ho ale zbyde, a protože mu už nic nebrání ve smršťování, zhroutí se. Vznikne hustá koule těžší než Slunce, jejíž průměr se může pohybovat jen okolo pouhých dvaceti kilometrů.

Obrovský tlak přinutí většinu protonů a elektronů, aby se sloučily v neutrony. Ty pak tvoří majoritu hmoty tohoto exotického objektu. V dalším hroucení brání hvězdě zákonitost označovaná jako Pauliho vylučovací princip. Žádné dva neutrony (respektive typ částic, jimž se říká fermiony, a k nimž patří i neutron) nemohou zaujímat stejné místo a kvantový stav současně. Struktura neutronové hvězdy není ale dokonale stejnoměrná. Má vrstvy.

Zapomenuté neutrony

Řez neutronovou hvězdou.

Fyziky Dmitryje Kobyakova Christophera Pethicka zaujala nejsvrchnější z nich. V časopise Physical Review Letters tvrdí, že dosavadní kalkulace uspořádání slupky neutronových jsou chybné a bude třeba je přehodnotit. Vnější vrstvu neutronových hvězd si fyzikové až dosud představovali jako podivnou krystalovou mřížku, v níž se volně pohybují elektrony. Vedle nich by ale v mřížce měly být i volné neutrony, které nepatří k žádnému jádru. Jejich efekt považovali badatelé až dosud za zanedbatelný.

Podle Kobyakova a Pethicka je s neutrony ale třeba počítat. "Chovají se jako druhá složka v binární slitině," píšou, "tvrdíme, že důsledkem toho jsou vlastnosti hmoty podobnější pozemským pevným látkám víc, než se dosud zdálo."

Volné neutrony způsobují vzájemné přitahování jader v mřížce. Projevuje se, pokud mřížka začne vibrovat, což by mělo být, aspoň podle představ fyziků o podmínkách na neutronových hvězdách, běžné.

Mřížka slupky by se měla neustále vlnit. Délka vln může být všelijaká. Z výpočtů Kobyakova a Pethicka však plyne, že pokud je kratší než dvou až pětinásobek vzdálenosti jader v mřížce, stává se systém nestabilním. Vibrace by musely neustále zesilovat. Zdá se tedy, že struktura slupky bude jiná, než dosud fyzikové předpokládali. To by mohlo ovlivnit chování hvězdy.

Do neutronových hvězd padá hmota po spirále. Tvoří takzvaný akreční disk.

Skoky a gravitační vlny

Neutronové hvězdy obvykle rychle rotují. Je to proto, než se zhroutily, měly daleko větší průměr. Když se roztočíte na židli s rozpaženýma rukama, a pak připažíte, taky náhle zrychlíte. V rychlosti rotace neutronových hvězd ale astronomové občas zaznamenají poruchy. Jsou to náhlá zrychlení nebo naopak zpomalení, způsobená zatím ne přesně vyjasněnými změnami jejich stavu. Podmínky ve slupce s nimi nejspíš úzce souvisí. Mohly by ovlivnit i schopnost neutronových hvězd vyzařovat gravitační vlny.

Tento jev vyplývá z obecné teorie relativity, podle níž má hmota zakřivuje (časo)prostor. Za určitých okolností by se mohl prostor smršťovat a zase natahovat v pravidelných intervalech, vlnit. Gravitační vlny předpověděl Albert Einstein na začátku minulého století.

Od té doby je fyzikové hledají, zatím bez velkého úspěchu. Mohly by je způsobovat i drobné nepravidelnosti na povrchu neutronových hvězd. Odlišná struktura slupky by mohla také zamávat výpočty, které se snaží přijít na kloub záhadným zábleskům záření gama, jež které některé neutronové hvězdy vydávají.

Foto: NASA, Marshall Space Flight Center

Autor: Radek John