Vykopejte jednu lžíci neutronové hmoty hvězdy a vážila by přibližně 900x více než Velká pyramida v Gíze. Nic v té větě není přehánění — to je jednoduše to, co se stane, když je jádro umírající hvězdy stlačeno za bod, kdy atomy mohou udržet svůj tvar.
Neutronová hvězda je to, co zbývá po zhroucení masivní hvězdy. Není to planeta, není to normální hvězda a není to přesně černá díra — sedí v úzké zóně těsně před tím, než gravitace úplně zvítězí. Od objevu Jocelyn Bell Burnellové astronomové nacházejí stále podivnější příklady, od hvězd, které se otáčejí rychleji než kuchyňský mixér, až k hvězdám, jejichž magnetická pole by mohla vymazat kreditní kartu z půle cesty na Měsíc.
Hvězda stlačená na velikost města
Vezměte hvězdu s přibližně 1,4násobkem hmotnosti Slunce a stlačujte ji do koule pouze kolem 10 kilometrů (6 mil) na průměr, a dostanete neutronovou hvězdu. To je zhruba šířka malého města, které drží hmotu hvězdy, která kdysi hořela miliony let na průměru, kterým jste mohli projet za několik minut.
Stlačení je tak extrémní, že běžná hmota to nemůže přežít. Protony a elektrony se tlačí dohromady do neutronů, odkud objekt dostane své jméno. Výsledek je tak hustý, že jedna lžíce toho by vážila přibližně 900x více než Velká pyramida v Gíze — fakt, který přestane znít abstraktně v okamžiku, kdy se pokusíte představit si tak těžkou lžíci na kuchyňském stole.
Bod, kde dokonce neutronová hvězda vzdává
Neutronové hvězdy mají váhový limit a překročení jej znamená se stát černou dírou. Событие splynutí 2017 GW170817, které se předpokládá, zhroutilo se do černé díry krátce po nárazu, umožnilo astronomům použít svůj signál gravitačních vln k nastavení tohoto stropu na přibližně 2,17 solárních hmot pro nerotující neutronovou hvězdu.
Skutečné neutronové hvězdy se pozoruhodně blíží té hranici. Zatím potvrzená nejvíce hmotná, pulsar katalogizovaný jako PSR J0952-0607, váží přibližně 2,35 solárních hmot, se skutečným číslem nejistý přibližně 0,17 v obou směrech. To ji umisťuje přesně na hranici, kde by o něco těžší verze stejného objektu přestala být hvězdou.
Některé z nich se otáčejí rychleji než mixér
Protože se zhroucená hvězda při smršťování na zlomek své bývalé velikosti udržuje většinu své původní rotace, neutronové hvězdy skončily otáčením s rychlostmi, které nemají každodenní srovnání. Držitel rekordu, pulsar jménem PSR J1748-2446ad, dokončuje 716 rotací každou sekundu — to vychází na 42 960 otáček za minutu, přičemž materiál na jeho povrchu se pohybuje přibližně čtvrtinou rychlosti světla.
Rotující neutronové hvězdy, které vyzařují záření směrem k Zemi, se nazývají pulsary, protože z našeho hlediska se paprsek jeví jako rytmický puls, podobně jako maják zametající kolem lodi. Typický je jen kolem 30 kilometrů na šířku, ale stále se jí daří otáčet se stokrát za sekundu, zatímco střílí ten paprsek rádiových vln — a někdy rentgenových paprsků — do vesmíru.
Grafický zapisovací přístroj, 57 tenisových kurtů a přehlížené objevy
Pulsary byly objeveny téměř náhodou. Doktorandka z Cambridgeské univerzity jménem Jocelyn Bell pomáhala stavět radioteleskopp, který pokryl těsně pod dva hektary pozemku, přibližně stejnou plochu jako 57 tenisových kurtů. Místo obrazovky produkoval výsledky analogovým způsobem: tužka-na-papír grafy, které se táhly přes více než 30 metrů každý den, kterými se musela ručně projít.
Pohřbeno v tom papíru byl signál příliš pravidelný, aby byl šum. Bell a její supervizor Antony Hewish publikovali objev v časopise Nature a objev nakonec vyhrál Nobelovu cenu — ale když byla Nobelova cena za fyziku 1974 udělena, čest připadla Hewishovi a jeho kolegovi Martinu Rylovi, ne samotné Bellové, rozhodnutí, které fyzici stále diskutují.
Lov na pulsary se dal daleko od hromady papírových výtisků. Astronomové nyní katalogizovani přes 2 600 z nich, převážně v Galaxii, a používají je k vyhledávání gravitačních vln nízké frekvence, mapování struktury galaxie a testování Einsteinovy obecné teorie relativity. Australský radioteleskop Parkes, který v roce 1968 prováděl první pozorování pulsaru, se později objevil vedle obrázku pulsaru na prvním australském bankovce za 50 dolarů — vzácný případ vědeckého přístroje na měně.
Magnetáry: Nejsilnější magnety ve vesmíru
Některé neutronové hvězdy jdou do krajnosti ještě dál. Magnetáry jsou podtřída s magnetickými poli tak silnými, že běžná fyzika kolem nich začíná ohýbat se, a od července 2021 astronomové potvrdili 24 z nich.
Měřítko tohoto magnetismu je těžké přehánět. Umístěné v polovině mezi Zemí a Měsícem — jejichž průměrná separace je 384 400 kilometrů (238 900 mil) — by magnetické pole magnetáru mohlo stále vymazat data na magnetické pásce každé kreditní karty na planetě. Přiblížit se jednomu v reálném životě by byla velmi špatná myšlenka, a naštěstí nejblíže známé magnetáry nejsou poblíž.
Když se dva z nich srazí
Neutronové hvězdy občas obíhají kolem sebe dostatečně blízko, aby se spirálovaly a slévy, a výsledkem je jedna z nejnásilnějších věcí, kterou astronomové mohou pozorovat. Gravitační vlny z přesně takové srážky, pojmenované GW170817, dosáhly observatoří LIGO a Virgo 17. srpna 2017; zdroj byly dvě neutronové hvězdy slévající se v NGC 4993, galaxie v souhvězdí Hydra přibližně 140 milionů světelných let od Země.
Tato fúze nebyla izolovaný případ. Záblesk gama paprsků nazvaný GRB150101B, podezřelý na podobné sloučení, byl vystopován na místo mnohem vzdálenější od Země — přibližně 1,7 miliardy světelných let — což naznačuje, že se tyto srážky vyskytují více často vesmírů než jakékoliv jedné detekce mohly ukázat. Předpokládá se, že každá fúze kuje těžké prvky, které žádná běžná hvězda nemůže vytvořit, vysévá vesmír materiálem, který nakonec skončí na planetách a případně v špercích.
Zvláštní společnost: Aliens strach a obal alba
Neutronové hvězdy zanechaly stopy daleko za vědeckými články. Potvrzené planety mimo naši sluneční soustavu byly objeveny v roce 1992 a vůbec neobíhaly běžnou hvězdu — obíhaly pulsar PSR B1257+12, objev, který překvapil výzkumné pracovníky, kteří hledali planety kolem hvězd podobných Slunci.
Desítky let předtím byl samotný první pulsarní signál tak přesně pravidelný, že se vědci krátce divili, zda by to mohla být umělá maják. Nebylo to tak, ale diagram jeho rytmického signálu dostal nepravděpodobný druhý život: anglická post-punkové skupiny Joy Division zvolily ten pulsarní diagram jako umělecké dílo pro Unknown Pleasures, album z roku 1979, které zahájilo jejich debut — přeměnit fyzikální čtení na jednu z nejznámějších obrázků v rocku.