How big is Neutrontäht?

Neutrontäht on massiivse tähe kokkuvarisenud tuum. Täht plahvatas supernoovana, see on plahvatus, mis lõpetab mõne suure tähe elu. Neutrontähes on Päikesest suurem mass kokku surutud umbes 24–26 kilomeetri läbimõõduga kerasse. Tegu on läbimõõduga, mis mõõdetakse otse läbi keskpunkti.

Suurus

Teadlaste arvates on neutrontähel raskete aatomite tahke koorik, mille peal on õhuke vesiniku- või heeliumiatmosfäär. Seetõttu on tal pind, mille suurust saab mõõta. Täpsed mõõtmised tulevad NICERi andmetest. NICER on Rahvusvahelisel Kosmosejaamal asuv röntgenteleskoop.

NICER uurib pulsareid, see tähendab kiiresti pöörlevaid neutrontähti. Selle andmete põhjal leidsid astronoomid, et pulsari PSR J0030+0451 läbimõõt on umbes 26 kilomeetrit ja mass umbes 1,4 Päikese massi. Pulsari PSR J0740+6620, mille mass on umbes 2,1 Päikese massi, läbimõõt oli ühe uurimisrühma analüüsis umbes 25 kilomeetrit ja teise omas umbes 27 kilomeetrit. 2024. aastal mõõdeti kolmanda pulsari, PSR J0437−4715, läbimõõduks umbes 23 kilomeetrit.

Iga tulemuse ebakindlus on mõni kilomeeter. Ühendades kahe esimese pulsari tulemused muude vaatlustega, leidis üks uurimisrühm 2021. aastal, et tüüpilise neutrontähe, mille mass on 1,4 Päikese massi, raadius on 12,45 kilomeetrit, pluss-miinus 0,65 kilomeetrit. Seega on selle läbimõõt umbes 24–26 kilomeetrit.

Suuruste võrdlused

NASA võrdleb neutrontähe laiust New Yorgi linna Manhattani saare pikkusega.
Ühe ringi jooksmine ümber 24 kilomeetri läbimõõduga neutrontähe ekvaatori oleks umbes 75 kilomeetrit, see on umbes 1,8 maratoni pikkus.
Phobos, Marsi suurem kuu, on umbes 27 kilomeetrit pikk, veidi rohkem kui neutrontähe laius. Ometi on tüüpilise neutrontähe mass umbes 260 triljonit korda suurem kui Phobose mass.
Päikese läbimõõt on umbes 1,39 miljonit kilomeetrit, mis on 58 000 korda suurem kui 24 kilomeetri läbimõõduga neutrontähe läbimõõt.
Kui neutrontäht oleks kahandatud korvpalli suuruseks, oleks Päike samas mõõtkavas umbes 14 kilomeetri läbimõõduga kera.

Kuidas neutrontäht tekib

Oma elu lõpul saab tähel, mis on Päikesest mitu korda raskem, tuumas kütus otsa. Tuum variseb oma raskuse all kokku ja täht plahvatab supernoovana. Kõige raskemad neist tähtedest jätavad endast maha mustad augud. Kergematest jäävad järele neutrontähed.

Kokkuvarisemine surub tuuma prootonid ja elektronid kokku neutroniteks, osakesteks, mille järgi täht oma nime kannab. Kui kokkuvarisevas tuumas on umbes 1 kuni 3 Päikese massi, võivad neutronid kokkuvarisemise peatada.

Mis on sees

Teadlaste arvates on neutrontäht ehitatud kihtidena. Koorikust allpool lõhub rõhk aatomid laiali ja tekib peamiselt neutronitest koosnev meri. Sügaval sees on neutronid pakitud kuni kaks korda tihedamalt kui osakesed aatomituumas. Missugust kuju aine otse keskpunktis võtab, on siiani teadmata.

Keskmiselt on tüüpilise neutrontähe iga kuupsentimeetri mass 300 miljonit kuni 400 miljonit tonni. Neutrontähtede suuruse ja massi mõõtmine võimaldab füüsikutel välja selgitada, kuidas nii tihe aine käitub. Pulsari PSR J0740+6620 mass on peaaegu 50% suurem kui pulsaril PSR J0030+0451, kuid suurus on sisuliselt sama. See tulemus räägib vastu mõnele ideele, mille järgi on keskel olev aine kergemini kokkusurutav.

Pulsarid ja nende avastamine

Walter Baade ja Fritz Zwicky esitasid 1934. aastal oletuse, et neutrontähed on olemas. Jocelyn Bell Burnell avastas esimesed pulsarid 1967. aastal. Enamikku teadaolevatest neutrontähtedest nähakse pulsaritena. Iga pulsar saadab välja kiirekimpe, mis tähe pöörlemisel pühivad üle taeva nagu tuletorni valgus, nii et pulsar näib vilkuvat.

Pulsarid võivad pöörelda väga kiiresti. Pulsar PSR J0740+6620 teeb sekundis 346 pööret. NICER registreerib pulsari iga röntgenikvandi saabumise aja 100 nanosekundi ehk 100 miljardiku sekundi täpsusega. Muutuv heledus näitab, kui tugevasti täht valgust kõverdab, ja sellest ning tähe massist saavad teadlased välja arvutada selle suuruse.