Kraapige välja üks teelusikas neutrontähte materjalist ja see kaalub umbes 900 korda rohkem kui Suur püramiid Gizas. Miski selles lauses ei ole liialdustamine — see on lihtsalt see, mis juhtub, kui surevate tähte tuum pigistakse sellele punktile, kus aatomid ei saa oma kuju säilitada.
Neutrontäht on see, mis jääb alles, kui massiivne täht kokku variseb. See ei ole planeet, pole tavataht ega päris must auk — see istub kitsal aladel vahetult enne, kui gravitatsioon täielikult võidab. Alates Jocelyn Bell Burnelli avastamisest on astronoomid leidnud järjest kummalisemaid näiteid neist, tähtedest, mis pöörlevad kiiremini kui köögiseista kuni tähtedeni, mille magnetväljad võiksid kustutada krediitkaardi poolel teel kuule.
Täht pigistatud linna suuruseks
Võtke täht, mille mass on umbes 1,4 korda Päikese mass, ja pigistage see sfääri, mis on vaid umbes 10 kilomeetrit (6 miili) läbimõõdus, ja saate neutrontähte. See on umbes väikese linna laius, mis hoiab massi tähdest, mis kunagi põles miljoneid aastaid läbimõõdu jooksul, mille saaksite ületada mõne minuti jooksul.
Pigistamine on nii äärmuslik, et tavamaterja ei pääse sellest üle. Prootonid ja elektronid surutakse neutronideks kokku, milles objekt saab oma nime. Tulemus on nii tihe, et üks teelusikas sellest kaalub umbes 900 korda rohkem kui Suur püramiid Gizas — fakt, mis on lõpetanud kuulama abstraktsena sel hetkel, kui proovite ette kujutada nii rasket teelusikat köögipöödal.
Punkt, kus isegi neutrontäht loobub
Neutrontähtedel on massiarvude piirang, ja selle ületamine tähendab musta augu muutumist. 2017. aasta GW170817 liitumissündmus, mille arvati kokkuvarisevat mustaks auguks varsti pärast mõju, võimaldas astronoomidel kasutada selle gravitatsioonilaine signaali selle piiri seadmiseks umbes 2,17 päikese massi mitteroteeriva neutrontähe jaoks.
Tegelikud neutrontähed tulevad selle piirile märkimisväärselt lähedale. Siiani kinnitatud massiiveim, pulsar PSR J0952-0607 kataloogis, kaalub umbes 2,35 päikese massi, kusjuures tegelik number on mõlemas suunas umbes 0,17 ebakindel. See paigutab selle täpselt piirile, kus veidi raskem versio samast objektist lõpetaks tähe.
Mõned neist pöörlevad kiiremini kui segisti
Kuna kokkuvarisev täht säilitab oma algse pöördumise suurema osa, kui see kahaneb varasema suuruse murdosaks, lõpetavad neutrontähed pöörlevat kiirusega, millel ei ole iga päev võrdlust. Rekordihoidja, pulsar PSR J1748-2446ad nime all, lõpetab 716 pöördemist sekundis — see väljendub 42 960 revolutsioonina minutis, pinnamaterjaliga, mis liigub umbes valguse kiirusega.
Pöörlevad neutrontähed, mis kiireavad kiirgust Maa suunas, nimetatakse pulsariteks, kuna meie vaatenurgast näeb kiir välja nagu rütmiline pulseerumine, sarnanedes tuletorniga, mis laeva möödunud pühkib. Tüüpiline on vaid umbes 30 kilomeetri laiuse, kuid suudab siiski pöörelda sadikesi sekundis, samal ajal lastes välja selle raadiosaali kiirguse — ja mõnikord rentgenkiirguse — kosmosesse.
Graafikaregistraator, 57 tenniseplatsi ja alahinnatletud avastus
Pulsarid avastati peaaegu juhuslikult. Cambridgei doktoriüliõpilane Jocelyn Bell aitas ehitada raadioteleskoobi, mis katib knapilt alla kahe hektari maad, umbes sama pinna, mis 57 tennisplatsi. Ekraani asemel tootis see tulemusi analoogsel viisil: pliiatsi-paber-diagrammide registrimine, mis venindasid üle 30 meetri iga päev, mille kaudu ta käsitsi peale vaatama pidid.
Sellesse paberisse maetud oli signaal liiga regulaarne mürad olema. Bell ja tema juhendaja Antony Hewish avaldasi avastuse ajakirjas Nature, ja avastus võitis lõpuks Nobeli preemia — kuid kui 1974. aasta Nobeli füüsikapreemia sellele omistati, läks au Hewishile ja tema kolleegile Martin Rylele, mitte Bellile endale, otsus, mida füüsikud tänapäevalgi vaidlustavad.
Pulsarite jaht on edenenud kaugele paberiprintide hunniku juurest. Astronoomid on nüüd kataloogitud üle 2600 neist, peamiselt Linnutee piirides, ja kasutavad neid madala sagedusega gravitatsioonilainete otsimiseks, galaktika struktuuri kaardistamiseks ja Einsteini üldaluse relativiteedi teooria testimiseks. Austraalia Parkesi raadioteleskoop, kes tegi oma esimese pulsari vaatluse 1968. aastal, ilmus hiljem kõrvale pulsari pilt Austraalia esimese 50-dollarilise rahanoti kõrval — harv juhtum teaduslikust seadmest valuutale.
Magnetaarid: Universumi tugevaim magnetid
Mõned neutrontähed võtavad äärmused samuti edasi. Magnetaarid on alamklass magnetväljadega nii tugevad, et tavafüüsika hakkab nende ümber painduma, ja alates juulist 2021 olid astronoomid kinnitanud 24 neist.
Selle magnetismi skaala on raske liiale minna. Asudes Maa ja Kuu vahepealsele — mille keskmine eraldamine on 384 400 kilomeetrit (238 900 miili) — võiks magnetaari väli ikkagi kustutada andmeid iga planeedi krediitkaardi magnetribal. Kellegi lähedale jõudmine tegelikkuses oleks väga halb idee, ja õnneks pole lähimad teadaolevad magnetaarid kuhugi lähedal.
Kui kaks neist kohtuvad
Neutrontähed orbiteerivad aeg-ajalt piisavalt lähedalt, et spiralida ja sulanduda, ning tulemus on üks vägivaldsemaid sündmusi, mida astronoomid saavad jälgida. Gravitatsioonilained täpselt sellisest kokkupõrkest, mille nimi on GW170817, jõudsid LIGO ja Virgo observatooriumitesse 17. augustil 2017; allikaks olid kaks neutrontähte sulamise jooksul NGC 4993, galaktika Hydra tähtkujus umbes 140 miljoni valgusaasta kaugusel Maast.
See sulamine polnud ühekordne juhtum. Gammakilp nimega GRB150101B, mis on kahtlustatud sarnase sulamisündmusega, jälgiti asukohale palju kaugemale Maast — umbes 1,7 miljardi valgusaasta kaugusel — mis viitab sellele, et need kokkupõrked juhtuvad universumis sageli kui üks detekteering võiks näidata. Eeldatakse, et iga sulamine talvepuks rasked elemendid, mida ükski tavaline täht ei saa toota, niisustavad universumi materjaliga, mis lõpuks jõuab planeetidele ja võimalusele ehted.
Kummaline seltskond: Tulnukas hirm ja albumkaas
Neutrontähed jätsid oma jälje palju kauemale astronoomiaajakirjade küljest. Esimesed kinnitatud planeedid väljaspool meie päikesesüsteemi leiti 1992. aastal ja nad ei tiirelnud üldse tavaliku tähega — nad tiirelsid pulsari PSR B1257+12 ümber, avastus, mis üllatäs uurijaid, kes otsisid planeetide ümber Päikesele sarnaseid tähti.
Kümnendeid aasta tagasi oli esimene pulsari signaal nii täpselt regulaarne, et teadlased lühidalt küsisid, kas see võib olla tehislik majakas. See polnud, kuid tema rütmilise signaali graafik sai ebatõenäolise teise elu: inglise post-punkbänd Joy Division valis selle pulsargraafiku kunstiteoseks Unknown Pleasures -le, 1979. aasta albumile, mis käivitas nende debüüdi — muutes füüsika lugemise üheks kõige äratuntavaist piltidest rock-muusikas.