Skopa ut en teskväll neutronstjärnmaterial och den skulle väga ungefär 900 gånger mer än den stora pyramiden av Giza. Inget om denna mening är en överdrift — det är helt enkelt vad som händer när en döende stjärnas kärna krossas förbi punkten där atomer kan upprätthålla sin form.
En neutronstjärna är det som återstår efter en massiv stjärnas kollaps. Det är inte en planet, inte en normal stjärna och inte riktigt ett svart hål — det sitter i det smala bältet precis innan tyngdkraften vinner helt. Sedan Jocelyn Bell Burnells upptäckt har astronomer hittat allt mer märkliga exempel på dem, från stjärnor som snurrar snabbare än en köksblender till stjärnor vars magnetfält kan radera ett kreditkort från halvvägs till månen.
En stjärna krossad till stadsstorlek
Ta en stjärna med ungefär 1,4 gånger solens massa och pressa den till en sfär på bara omkring 10 kilometer (6 mil) i diameter, och du får en neutronstjärna. Det är ungefär bredden på en liten stad, som innehåller en stjärnas massa som en gång brände i miljoner år över en diameter som du kunde köra över på några minuter.
Krossningen är så extrem att vanlig materia kan inte överleva den. Protoner och elektroner tvingas tillsammans till neutroner, vilket är där föremålet får sitt namn från. Resultatet är så tätt att en teskväll av det skulle väga ungefär 900 gånger mer än den stora pyramiden av Giza — ett faktum som slutar att höras abstrakt i det ögonblick du försöker föreställa dig en så tung teskväll på ett köksbord.
Punkten där även en neutronstjärna ger upp
Neutronstjärnor har en viktgräns, och att korsa den betyder att bli ett svart hål. 2017 fusionshändelsen GW170817, som antas ha kollapsat till ett svart hål kort efter påverkan, tillät astronomer att använda sin gravitationsvågsignal för att fastställa taket till cirka 2,17 solmassor för en icke-rotande neutronstjärna.
Verkliga neutronstjärnor kommer anmärkningsvärt nära denna gräns. Den mest massiva som hittills bekräftats, en pulsar katalogiserad som PSR J0952-0607, väger omkring 2,35 solmassor, med det sanna talet osäkert med omkring 0,17 i båda riktningarna. Det placerar den rakt vid gränsen där en något tyngre version av samma föremål skulle sluta vara en stjärna.
Några av dessa snurrar snabbare än en blender
Eftersom en kollapsande stjärna behåller det mesta av sin ursprungliga rotation medan den krymper till en bråkdel av sin tidigare storlek, slutar neutronstjärnor att rotera med hastigheter som inte har någon vardaglig jämförelse. Rekordinnehavaren, en pulsar vid namn PSR J1748-2446ad, slutför 716 rotationer varje sekund — det motsvarar 42 960 varv per minut, med material vid ytan som rör sig med ungefär en fjärdedel av ljushastigheten.
Roterande neutronstjärnor som strålar strålning mot jorden kallas pulsarer, eftersom från vår synvinkel ser strålen ut som en rytmisk puls, liknande en fyr som fejar förbi ett fartyg. En typisk är bara omkring 30 kilometer bred, men lyckas ändå snurra hundratals gånger per sekund medan den skjuter denna strålbunt radioböljar — och ibland röntgenstrålar — ut i rymden.
En diagramregistrator, 57 tennisbanor och en förbisedd upptäckt
Pulsarer upptäcktes nästan av en slump. En Cambridge-doktorand vid namn Jocelyn Bell hjälpte till att bygga en radioteleskopp som täckte knappast två hektar mark, ungefär samma område som 57 tennisbanor. I stället för en skärm producerade den resultaten på analogt sätt: penn-på-papper-diagramposter som sträckte sig över mer än 30 meter varje dag, som hon var tvungen att gå igenom för hand.
Begravd i det papperet fanns en signal för regelbunden för att vara brus. Bell och hennes handledare Antony Hewish publicerade upptäckten i tidskriften Nature, och upptäckten vann till slut ett Nobelpris — men när 1974 Nobelpriset i fysik tildelades för det, gick äran till Hewish och hans kollega Martin Ryle, inte till Bell själv, ett beslut som fysiker fortfarande diskuterar.
Pulsar-jakt har kommit långt från en bunt pappersutskrifter. Astronomer har nu katalogiserat över 2 600 av dem, huvudsakligen inom Vintergatan, och använder dem för att söka efter låg-frekvensgravitationsvågor, kartlägga galaxstrukturen och testa Einsteins allmänna relativitetsteori. Australiens Parkes-radioteleskopp, som gjorde sin första pulsar-observation 1968, dök senare upp vid sidan av en bild på en pulsar på Australiens första 50-dollarsedel — ett sällsynt fall av ett vetenskapligt instrument på valuta.
Magnetarer: Universums starkaste magneter
Vissa neutronstjärnor tar extremen ännu längre. Magnetarer är en underklass med magnetfält så kraftiga att vanlig fysik börjar böja sig runt dem, och från juli 2021 hade astronomer bekräftat 24 av dem.
Omfattningen av detta magnetism är svårt att överdriva. Placerad halvvägs mellan jorden och månen — vars genomsnittliga separation är 384 400 kilometer (238 900 mil) — kunde en magnetars fält fortfarande radera data på den magnetiska remsan på varje kreditkort på planeten. Att komma nära en i verkligheten skulle vara en mycket dålig idé, och tursamt nog är de närmaste kända magnetarerna ingenstans i närheten.
När två av dem kolliderar
Neutronstjärnor kretsar ibland runt varandra tillräckligt nära för att spiralera in och smälta samman, och resultatet är en av de mest våldsamma händelserna som astronomer kan iaktta. Gravitationsvågor från precis sådan en kollision, kallad GW170817, nådde LIGO- och Virgo-observatorierna 17 augusti 2017; källan var två neutronstjärnor som smälte samman i NGC 4993, en galax i stjärnbilden Hydra ungefär 140 miljoner ljusår från jorden.
Denna fusion var inte ett engångsfall. En gammastråleflash kallad GRB150101B, misstänkt att vara en liknande fusionshändelse, spårades till en plats mycket längre bort från jorden — ungefär 1,7 miljarder ljusår bort — vilket antyder att dessa kollisioner inträffar oftare i universum än vad någon enstaka detektion skulle kunna visa. Varje fusion antas smida tunga element som ingen vanlig stjärna kan producera, sådd universum med material som till slut hamnar på planeter och möjligen i smycken.
Märkligt sällskap: En utomjordisk skräck och en skivomslag
Neutronstjärnor har lämnat sitt märke långt bortom astronomitidskrifter. De första bekräftade planeterna utanför vårt eget solsystem hittades 1992, och de kretsade inte runt en vanlig stjärna alls — de kretsade runt pulsaren PSR B1257+12, en upptäckt som överraskade forskare som hade sökt efter planeter omkring solliknande stjärnor.
Årtionden tidigare var den allra första pulsarsignalen så noggrant regelbunden att forskare kort frågade sig om det kunde vara en konstgjord fyr. Det var det inte, men ett diagram över dess rytmiska signal fick ett osannolikt andra liv: det engelska post-punk-bandet Joy Division valde detta pulsardiagram som konstverk för Unknown Pleasures, 1979-albumet som lanserade deras skivdebut — vilket omvandlade en fysikalisk läsning till en av de mest igenkännbara bilderna i rockmusik.