A neutroncsillagok és a kvarkcsillagok, akárcsak a fekete lyukak, izgalmas objektumok. Az asztrofizika már elég fejlett ahhoz, hogy értékes információkkal szolgáljon róluk, ami arra ösztönöz minket, hogy továbbra is figyeljünk rájuk, abban a reményben, hogy a kozmológusok jobban megérthetik Å‘ket, és segÃtenek nekünk pontosabban megérteni a kialakulásukat kiváltó folyamatot.
Ebben a cikkben mindent elmondunk, amit a neutroncsillagokról, jellemzőikről és eredetükről tudni kell.
Neutroncsillag
Bár a cikk igazi fÅ‘szereplÅ‘i ezek a neutron- és kvarkcsillagok, megértéséhez elÅ‘ször át kell tekintenünk a csillagok életciklusát. MielÅ‘tt azonban belemerülnénk a részletekbe, fontosnak tűnik leszögezni szándékunkat: ebben a cikkben nem egyenletet fogunk találni. Nem kell pontosan és intuitÃvan értenünk azokat az izgalmas fizikai folyamatokat, amelyek kialakulásukat magyarázzák.
A csillagok a világegyetemben szétszórt por- és gázfelhÅ‘kbÅ‘l alakulnak ki. Amikor ezeknek a felhÅ‘knek a sűrűsége elég nagy lesz, a gravitáció hat rá, és egy könyörtelen folyamatot, az úgynevezett gravitációs összehúzódást indÃt el. Ez a folyamat kondenzálja a felhÅ‘ben lévÅ‘ anyagot, fokozatosan kis csillagokat vagy protocsillagokat hozva létre. A csillagfejlÅ‘désnek ezt a szakaszát fÅ‘sorozatnak nevezik, amelynek során a csillagok gravitációs összehúzódás révén nyernek energiát. Továbbá a különbözÅ‘ tÃpusú csillagok befolyásolják ezt a folyamatot és fejlÅ‘désüket.
Származás
Egy csillag tömegének körülbelül 70%-a hidrogén, 24-26%-a hélium, a fennmaradó 4-6% pedig a héliumnál nehezebb kémiai elemek kombinációja. Minden csillag életét befolyásolja a kezdeti összetétele, de ami még fontosabb, mélyen befolyásolja a tömege, ami egyszerűen az az anyagmennyiség, amelyet a gravitáció felhalmozhat és lecsaphat a tér egy adott régiójában.
Érdekes módon a legnagyobb tömegű csillagok sokkal gyorsabban fogyasztják az üzemanyagot, mint a kisebb tömegűek, Ãgy – ahogy a cikkben is látni fogjuk – rövidebb az élettartamuk, és ami a legfontosabb, erÅ‘szakosabbak és látványosabbak. Ahogy a gravitációs összehúzódás összenyomja a felhÅ‘ben lévÅ‘ anyagot, annak hÅ‘mérséklete fokozatosan emelkedik. Ha szeretnél többet megtudni az egyik legrégebbi és legtávolabbi csillagról, ajánljuk az EarendelrÅ‘l, az univerzumban megfigyelt legtávolabbi csillagról szóló cikk elolvasását.
Ha a felhalmozódott anyag mennyisége elég nagy, akkor a magban megjelennek a hidrogénmagok spontán fúziójához szükséges nyomás- és hőmérsékleti viszonyok a magfúziós reakciók révén. Amikor a protocsillag magjának hőmérséklete eléri a 10 millió Celsius-fokot, hidrogéngyulladás következik be. Abban a pillanatban, amikor ezek a feltételek létrejönnek, begyullad a nukleáris kemence , és a csillag megkezdi a főszekvenciának nevezett fázist, amelynek során energiát nyer a hidrogénmagok fúziójából.
Magfúzió
A hidrogénfúzió terméke egy új héliummag, Ãgy a csillag összetétele elkezd megváltozni. Ebben a folyamatban hatalmas mennyiségű energia szabadul fel, és a csillagok kénytelenek folyamatosan alkalmazkodni a hidrosztatikai egyensúly fenntartásához. Az asztrofizikusok matematikai eszközökkel rendelkeznek, amelyekkel nagy pontossággal leÃrhatják ezt a folyamatot, de ami minket érdekel, az az, hogy a hidrosztatikai egyensúly az a tömeg, amely a csillagot stabilan tartja.
Ennek eléréséhez elengedhetetlen, hogy két ellentétes erÅ‘ együtt létezzen és kiegyensúlyozza egymást. Az egyik a gravitációs összehúzódás, amely, mint láttuk, könyörtelenül összenyomja a csillag anyagát. A másik a sugárzás és a gáznyomás, amely egy atomreaktor begyulladásának eredménye, és amely megpróbálja kitágÃtani a csillagot. A csillagok állandó újraszabályozása, amelyen keresztülmennek, miközben hidrogént fogyasztanak és új héliummagokat hoznak létre, fenntartja ezt az egyensúlyt, kordában tartva a gravitációs összehúzódást az egyik oldalon , a sugárzást és a gáznyomást pedig a másikon.
Ebben a folyamatban a csillag magja kénytelen összehúzódni, hogy növelje hÅ‘mérsékletét és megakadályozza a gravitációs összeomlást. Ha a sugárzás és a gáznyomás miatt nem tudja fenntartani az egyensúlyt, akkor gravitációs összeomlásra van Ãtélve. Ha a csillag tömege elég nagy, a magja annyira felmelegszik és összenyomódik, hogy amikor a hidrogén kimerül, a héliummag összeolvad . EttÅ‘l a ponttól kezdve megkezdÅ‘dik egy tripla-alfa fúziónak nevezett folyamat.
A neutroncsillag jellemzői
Ez a jelenség azt a mechanizmust Ãrja le, amelynek során három héliummag egyesül, és szénmagot hoz létre, és ez a folyamat magasabb hÅ‘mérsékleten megy végbe, mint a hidrogénmagok fúziós hÅ‘mérséklete. Ebben a folyamatban a csillag folyamatosan fogyasztja héliumkészleteit, szénmagokat termel, és újra beáll a tökéletes egyensúly fenntartása érdekében, ismét a gravitációs összehúzódás, a sugárzás és a gáznyomás együttes hatásának köszönhetÅ‘en. Ekkor fog folyamatosan szenet termelni.
Amikor ez az elem kimerül a magban, újra igazodik, összenyomódik, és a hőmérséklete ismét emelkedik, hogy megakadályozza a gravitációs összeomlást. Ettől a ponttól kezdve a szénmag magfúzió révén begyullad, és nehezebb kémiai elemeket kezd termelni. Ha többet szeretne megtudni arról, hogyan keletkeznek a fekete lyukak ebben az összefüggésben, olvassa el a fekete lyukak kialakulásáról szóló cikkünket.
Bár a szénfúzió a csillag magjának közvetlen felsÅ‘ rétegében megy végbe, a héliumfúzió változatlan marad. E felett pedig a hidrogén található. A csillagok nukleoszintézise során – Ãgy nevezik azt a folyamatot, amelynek során a magreakciók ezekben az objektumokban végbemennek – a csillagok egy hierarchikus szerkezetet vesznek fel, hasonlóan egy hagyma szerkezetéhez . A legnehezebb elemek a magban találhatók, és onnan fokozatosan könnyebb elemeket találunk egymás után.
A csillagok valóban felelÅ‘sek a kémiai elemek előállÃtásáért. Az oxigén, a szén, a hidrogén, a nitrogén, a kalcium és a foszfor, amelyek testtömegünk 99%-át teszik ki, bennük szintetizálódnak. És a fennmaradó 1%-ot alkotó kémiai elemek is bennük szintetizálódnak. Az anyag, ami minket alkot, nem csak mi vagyunk; minden körülöttünk szó szerint a csillagokból származik.