Jaká je kůra neutronových hvězd?  
Co když je povrch neutronových hvězd podobný pozemským slitinám kovů? Začíná se mluvit o metalurgii neutronových hvězd.



 

Zvětšit obrázek
Glitch na neutronové hvězdě. Kredit: NASA.

Neutronové hvězdy jsou oharky, které zbyly z explozí velikých hvězd. Výbuch supernovy je velice extrémní záležitostí, která o sobě dává vědět na miliardy světelných let daleko. Vlastně ani není zvláštní, že nesmírně extrémní jsou i neutronové hvězdy. Co od nich čekat jiného?

 

 

Dmitry Kobyakov.
Kredit: Umea Universty.

Běžná neutronová hvězda je na vesmírné poměry naprosto nepatrná. Mívají v průměru kolem 20 kilometrů. Zároveň mají ale šokující hmotnost, váží totiž víc, než naše Slunce. Nevyhnutelný důsledkem je pak takřka neslušně hustá hmota neutronové hvězdy, která se vůbec nedá srovnat s běžnou hmotou, povalující se kolem nás ve vesmíru. Pro vědce jsou neutronové hvězdy nesmírně lákavé a stále ještě skrývají mnohá tajemství. Zřejmě jsou zdrojem některých gama záblesků a také by mohly vytvářet zachytitelné gravitační vlny. Významnou roli v tom pravděpodobně hraje povrchová vrstva, čili kůra neutronové hvězdy, která má sice mocnost cca 1-2 kilometry, ale mohla by se stát klíčem k pozorovanému chování těchto pozoruhodných objektů.

 

 

Christopher Pethick.
Kredit: Niels Bohr Institutet.

Vědci mají obvykle za to, že kůru neutronové hvězdy tvoří guláš protonů a neutronů, přičemž by neutrony měly volně protékat kůrou, tak trochu jako písek mezi prsty a neměly by mít prakticky žádný vliv na chování kůry neutronové hvězdy jako celku. Pánové Dmitry Kobyakov ze švédské Univerzity v Umea a Christopher Pethick z Institutu Nielse Bohra Kodaňské univerzity si ale myslí, že by v takovém případě kůra neutronové hvězdy naopak byla kvůli neutronům dost nestabilní. Podle nich chování neutronů v kůře neutronových hvězd připomíná situaci, kterou na Zemi známe ve slitinách kovů, v nichž se vyskytuje řada různých strukturních uspořádání, vždy s poněkud rozdílnými znalostmi.

 

Kobyakov s Pethickem navrhují, že by právě rozličná uspořádání kůry měla být zodpovědná za pozorované extrémní chování neutronových hvězd, jako jsou gama záblesky. Podle této představy by záblesky mohly odpalovat otřesy kůry neutronové hvězdy, které vznikají podobně, jako když určité slitiny kovů dosáhnou hraničního napětí. Struktura kůry neutronových hvězd by prý mohla vysvětlit i glitche, tedy jevy, při nichž se neutronová hvězda zčistajasna roztočí rychleji, a také růst terénních nerovností, které snad zodpovídají za tvorbu gravitačních vln.

 


 

Zvětšit obrázek
Průřez neutronovou hvězdou, podle studie z roku 2007. Kredit: Robert Schulze, Wikimedia Commons

Bizarní prostřední neutronových hvězd pro OSLA komentuje Martin Urbanec z Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě.

“Kůra neutronových hvězd je zkoumána již poměrně dlouho, i když v posledních letech se vědci zabývali spíše takzvanou vnitřní kůrou, která hraje důležitou roli při vysvětlováni tzv. glitchů, jevů pozorovaných u některých pulsarů. Výzkum byl zaměřen především na možné projevy supratekutosti ve vnitřní kůře neutronových hvězd a jejich vazby právě na zmíněné glitche. Vlastnosti vnější kury jsou důležité především proto, že ovlivňuje zářeni, které k nám z neutronových hvězd přichází a elastické vlastnosti kůry ovlivňují jak vysoké “hory” mohou vznikat na povrchu neutronových hvězd, což by mohlo mít vliv na rychlost zpomalování rotace pulsaru.

 

Zvětšit obrázek
Martin Urbanec. Kredit. M. Urbanec, UF FPF SLU.

Obecně se dá říct, že vlastnosti hmoty v neutronových hvězdách jsou velmi důležité. Pod vnitřní kůrou se nachází jádro a chování hmoty v jádře je důležité pro hmotnosti neutronových hvězd, konkrétně pro maximální hmotnost jakou může neutronová hvězda mít pokud předpokládáme, že hmotu v jádře popisuje daná teorie. Pozorování hmotných neutronových hvězd omezuje prostor možných teorii. V posledních letech proto byla většina výzkumu hmoty neutronových hvězd zaměřená právě na jádra těchto objektů, zatímco povrchovým vrstvám byla věnována spíše okrajová pozornost. Uvidíme, zda nova teorie přispěje k pochopeni některých jevu, které v souvislosti s neutronovými hvězdami pozorujeme. ”

 

Literatura

PhysOrg 27. 3. 2014, Physical Review Letters 112: 112505, Wikipedia (Neutron star, Glitch/ Astronomy)

Datum: 01.05.2014 18:28
Tisk článku

O kometě Bětě - Mrázek Petr
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 69 Kč
cena: 55 Kč
O kometě Bětě
Mrázek Petr

Diskuze:

argument

Jakub Rint,2014-05-04 19:15:21

Já myslím, že argument je to dobrý, když to vytvořil někdo kdo má dva doktoráty z fyziky a je to jeho obor :D
Hlavně si musíte uvědomit rozdíl mezi fyzikálními poměry u planety a neutronové hvězdou, srovnáváte naprosto nesrovnatelné. Neutronová hvězda není tvořena atomy běžné látky.

Odpovědět


Martin Plec,2014-05-04 22:26:11

Teď koukám na NGC. V roce 1924(!) si vědci (i ti s doktorátem z Harvardu) mysleli, že Slunce má stejné složení jako Země, akorát je rozžhavené. Tvrzení, že hvězdy jsou složené převážně z vodíku a hélia považovali za výplod pomýlené mysli.

Odpovědět

David L,2014-05-03 22:28:12

A já jsem si myslel, že si ve Star Treku vymýšlejí.

Odpovědět

Závisí gravitační síla na geometrii tělěsa?

Radim Šmíd,2014-05-03 12:53:53

Takže hora na povrchu rotující planety způsobí změnu gravitačního pole v čase? Protože jenom tak si vysvětluji větu "...růst terénních nerovností, které snad zodpovídají za tvorbu gravitačních vln". Poku ano, můžu "gravitačně" vysílat třeba roztočenou tyčí a podobně...

Odpovědět


Můžeš.

Jenda Krynický,2014-05-03 13:56:45

Ale příjemce bude muset mít setsakra citlivý přijímač :-)

Odpovědět

Mintaka Earthian,2014-05-03 12:15:40

Děkuji za odpovědi.

Je to tedy souhra celé skupiny neznámých,(gravitace, tlak, skupenství, ...). Tudíž zatím nedovedeme odhadnout chování "hmoty" v takových situacích. Máme jen hrubé teorie.

Na to, že v roce 1900 některým lidem připadalo, že už není co zkoumat, toho nevíme docela dost :)

Odpovědět

Re: Záleží na skupenství

Jiří Kocurek,2014-05-02 20:35:27

Pokud vás správně chápu, tak se domníváte, že v pevných látkách se tlak a tah nepřenášejí nebo druhá možnost: reálné látky jsou nekonečně pevné. Což ale ani jedno není pravda.
Představte si olověnou kouli, uvnitř dutou, vyplněnou vzduchem o normálním tlaku. Tuto kouli zavěsíme do tlakové nádrže s olejem a začneme zvyšovat tlak nad mez pevnosti olova (asi 35 MPa). Necháme hodinu odstát a pak nádrž odtlakujeme a kouli rozřízneme. Co se stane s průměrem dutiny? Správně, zmenší se.
Překročili jsme mez pevnosti materiálu. Tím pádem se materál zplastizoval a ikdyž se jevil jako pevný, tak přesto měnil tvar.
Aby zůstal otvor uvnitř koule stejně velký, museli bychom v experimentu použít nižší tlak. Nebo pevnější materiál. Aby ve středu země byl nulový tlak, tak by zemské jádro muselo být z materiálu s příslušnou pevností. Jakýkoliv materiál sice může být v pevném skupenství, ale bude plně zplastizovaný a tím pádem přenášet tlaky jako by to byla velmi viskózní kapalina. Pravda, mohem pomaleji než asfalt v onom slavném experimentu. Jenže máme až miliardy let.
...
Apropos, zkoušel někdo jak by dopadl experiment, kdybychom onu dutou olověnou kouli začali prořazovat ultrazvukem během zvyšování tlaku? Změnila by se nějak charakteristika zaznamenávaných vln v momentě překročení pevnosti olova?

Odpovědět


Martin Plec,2014-05-03 10:22:19

> Pokud vás správně chápu, tak se domníváte...
Pokud to bylo v reakci na můj příspěvek, tak jsem pouze tvrdil, že v pevných látkách za určitého tlaku mohou být atomy od sebe dál, než v kapalině při stejném tlaku - viz třeba voda. Což byla součást odpovědi na dotaz Mintaky Earthiana.

Jinak se nedomnívám, že u neutronové hmoty jsou stejná skupenství jako u normálních látek, takže o pevném skupenství, krystalech nebo kapalném skupenství je těžko mluvit. Nicméně nemám důvod si myslet, že v neutronové hmotě žádná skupenství nejsou. Ale v tuto chvíli nejsme schopni je ani předpovědět, takže v našich soudobých představách neutronových hvězd s nimi nemůžeme počítat.

U zbytku vašeho příspěvku jsem nepochopil, proti čemu jste argumentoval. Jistěže se v pevné hmotě tlak přenáší.

Odpovědět

Myslim, ze tak

David Cech,2014-05-02 10:58:54

exoticky objekt sa skor podoba "mierne" zvacsenemu atomu, alebo atomovemu jadru, nez klasickemu objektu vytvoreneho z vacsieho mnozstva atomov. Preto budu aj dotazy na skupenstvo objektu asi bezpredmetne. Podobne aj nejake fyzikalne charakteristiky, ktore popisuju spravanie sa konkretnych skupenstiev budu asi problematicky aplikovatelne na vlastnosti neutronovych hviezd.

Odpovědět


Myslím, že pro tak

Martin Plec,2014-05-02 19:25:14

exotický objekt nemáme žádný relevantní model, který by nebyl tak hrubě zjednodušený, že by dokázal předpovědět nebo byť jen diskutovat různá skupenství neutronové hmoty. I když bychom neutronovou hvězdu přirovnali k ohromnému atomovému jádru, nemáme nyní na základě čeho předpovědět, jak se bude takovéto makroskopické jádro chovat - máme zkušenosti jen s jádry o velikosti max pár stovek neutronů, navíc bez extrémního tlaku a teplot, jaké jsou v nitrech neutronových hvězd.

Odpovědět

Jak působí gravitace uprostřed hvězdy?

Mintaka Earthian,2014-05-01 21:46:30

Dobrý den

Zajímalo by mě, jak je to s gravitačním působením uprostřed neutronové hvězdy (a v podsatě i jiných hvězd a planet) je vliv gravitace "nulový", za předpokladu, že je hmota rozprostřena rozvnoměrně ve všech směrech?

Jak působí gravitace na úrovni mikrosvěta? Stlačují se subatomární částice působením gravitace k sobě a uprostřed hvězdy se naopak oddalují?

Díky za případnou odpověď?

Odpovědět


střed

Jakub Rint,2014-05-01 23:34:13

Logicky vyvozuji, že ve středu je gravitace nulová, ale tlak okolní hmoty maximální, takže pochybuji, že by tam docházelo k oddálení :)

Odpovědět


Záleží na skupenství

Martin Plec,2014-05-02 02:00:42

Domnívám se, že záleží na skupenství. Pokud by vnitřek hvězdy byl "kapalný", tak asi má Jakub Rint pravdu. Ale co když je jádro hvězdy pevné? Před pár dny jsem viděl dokument o zemském jádře. Podle informací v dokumentu se zdá, že vnitřní zemské jádro je tuhé. Slitina niklu a železa (ze které se zemské jádro pravděpodobně skládá) má za tlaků a teplot v zemském jádru krystalickou strukturu, takže podle dokumentu je možné, že za miliardy let ve vnitřním jádru vyrostly ohromné, několik kilometrů veliké krystaly. Vzdálenost atomů v krystalu může být klidně větší než v okolní kapalině, ze které vznikly. U hvězd a neutronových hvězd to může být obdobné - kdo ví, jakých skupenství může nabývat neutronová hmota.

Odpovědět


průřez

Jakub Rint,2014-05-02 22:31:22

Vždyť v článku je průřez neutronovou hvězdou s popisem ;)

Odpovědět


Martin Plec,2014-05-03 10:07:13

Vždyť je tam obrázek ... to je fakt dobrý argument :-).

To, že má Země vnitřní jádro, se zjistilo - pokud vím - až měřením šíření zemětřesných vln. Nikoli pomocí výpočtů založených na známém chování látek při vysokých tlacích a teplotách. U neutronových hvězd nemáme nic než ty výpočty, navíc založené na známém chování neutronů pouze za relativně "normálních" podmínek, takže model neutronové hvězdy je velmi velmi hrubý.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace