Co je neutronová hvězda?
Neutronová hvězda je zbytek jádra umírající hmotné hvězdy — koule o průměru zhruba 20 kilometrů, do níž je vmáčknuta hmotnost větší než hmotnost Slunce. Je to nejhustější hmota ve vesmíru: jedna čajová lžička jejího materiálu by na Zemi vážila přes miliardu tun.
© / kredit: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: zmenšení a kredit.
Zbytek po hvězdném výbuchu
Když hmotná hvězda vyčerpá své jaderné palivo, její jádro už nedokáže odolávat vlastní gravitaci a prudce se zhroutí. Vnější vrstvy hvězdy vyletí do vesmíru jako supernova — na několik týdnů zjasní víc než celá galaxie. Ale jádro zůstane: zhroutí se z velikosti Země na kouli o průměru asi 20 kilometrů, velikosti malého města. Tuto možnost teoreticky předpověděli už v roce 1934 Walter Baade a Fritz Zwicky — desetiletí předtím, než byla potvrzena pozorováním. V roce 1967 pak Jocelyn Bell Burnellová objevila záhadné pravidelné radiové signály, které nakonec vysvětlily právě neutronové hvězdy.
Nejhustší hmota, jakou známe
Hustota neutronové hvězdy je neuvěřitelná: odpovídá hustotě atomového jádra. Jedna čajová lžička materiálu z jejího vnitřku by vážila přes miliardu tun — víc než všechny lidské stavby dohromady. Gravitace na povrchu je stovky miliardkrát silnější než na Zemi; pokud byste z výšky jednoho metru upustili kladívko, dopadlo by rychlostí blízkou rychlosti světla. Čas tam běží měřitelně pomaleji podle obecné teorie relativity — hodiny na povrchu neutronové hvězdy by se oproti těm na Zemi zpozdily o několik sekund za hodinu. Fyzikové proto říkají, že neutronové hvězdy jsou laboratoře extrémní fyziky, jaké nelze vytvořit na Zemi.
Co ji drží pohromadě
Když se jádro zhroutí, elektrony a protony se sloučí v neutrony — odtud název. Tlak degenerovaného neutronového plynu, kvantově mechanický efekt, který brání částicím zcela splývat, se postaví na odpor gravitaci a hvězda se ustálí. Toto rovnovážné řešení ale existuje jen do určité hmotnosti. Podobně jako bílého trpaslíka (jehož maximální hmotnost určil Subrahmanyan Chandrasekhar — 1,4 hmotnosti Slunce), i neutronovou hvězdu gravitace při překročení limitu rozdrtí. Kde přesně tato hranice leží, dnes nevíme přesně; odhady se pohybují kolem 2–2,5 hmotnosti Slunce. Nad ní už žádná známá síla nezabrání kolapsu do černé díry.
Majáky vesmíru: pulsary
Mnoho neutronových hvězd rotuje řádově jednou za sekundu až milisekundu — zůstatek rychlé rotace původní hvězdy, zachované zmenšením jako když krasobruslařka přitáhne ruce. Mají také extrémní magnetická pole, která urychlují částice a vytvářejí úzké paprsky radiového záření. Pokud paprsek šťastnou náhodou směřuje k Zemi, vidíme jej jako blikající majík — pulsar. Perioda pulsarů je tak stabilní, že se měří v nanosekundách a předčí přesnost atomových hodin. Dvojhvězda s pulsanem PSR B1913+16 (Hulseova–Taylorova) umožnila v 70. letech první nepřímý důkaz gravitačních vln — Nobelova cena 1993.
Pulzar jako kosmický maják: vlastní kvalitativní schéma. Nejde o naměřená data, fotografii ani výsledek numerické simulace.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Extrémní příbuzní a kosmické srážky
Neutronové hvězdy mají ještě divočejší příbuzné. Magnetary mají magnetická pole bilionkrát silnější než Země — jejich erupce dokážou zhasnout radiový signál z celé galaxie. A když se dvě neutronové hvězdy srazí, nastane kilonova: exploze, při níž se zrodí velké množství těžkých prvků — zlata, platiny, uranu. V roce 2017 astronomové poprvé pozorovali srážku neutronových hvězd dvojím způsobem současně: gravitačními vlnami (GW170817) a světlem. Výpočty ukazují, že většina těžkých prvků ve vesmíru — včetně zlata ve vašich špercích — pochází právě z těchto srážek.
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Neutronová hvězda je jediný objekt ve vesmíru, kde se můžete dotknout hmoty, která existuje stabilně jen díky své hustotě — hmoty složené téměř výhradně z neutronů, bez atomů, bez chemie. A když nosíte zlatý šperk, nosíte na sobě důkaz kosmické srážky: zlato nevzniklo ve hvězdách běžnou termonukleární fúzí, ale v chaosu srážky dvou neutronových hvězd. Tento materiál se pak stal součástí mlhoviny, ze které se teprve později zformovala Sluneční soustava včetně naší Země.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)