מה הגודל של כוכב נייטרונים?

כוכב נייטרונים הוא הליבה המכווצת של כוכב מסיבי שהתפוצץ כסופרנובה, הפיצוץ שמסיים את חייהם של כמה כוכבים גדולים. הוא דוחס מסה גדולה מזו של השמש לכדור ברוחב של כ-24–26 קילומטרים. הרוחב הזה הוא קוטרו, הנמדד ישירות דרך מרכזו.

גודל

מדענים סבורים שלכוכב נייטרונים יש קרום מוצק של אטומים כבדים מתחת לאטמוספרה דקה של מימן או הליום. כך יש לו פני שטח שאפשר למדוד את גודלם. מדידות מדויקות מגיעות מ-NICER, טלסקופ קרני רנטגן בתחנת החלל הבין-לאומית.

NICER חוקר פולסרים, כוכבי נייטרונים המסתובבים במהירות. בעזרת נתוניו מצאו אסטרונומים שהפולסר PSR J0030+0451 רחב כ-26 קילומטרים, ומסתו פי 1.4 בערך ממסת השמש. הפולסר PSR J0740+6620, שמסתו פי 2.1 בערך ממסת השמש, נמדד ברוחב של כ-25 קילומטרים בניתוח של צוות אחד ובכ-27 בניתוח של צוות אחר. בשנת 2024 נמדד פולסר שלישי, PSR J0437−4715, ברוחב של כ-23 קילומטרים.

בכל אחת מהתוצאות האלה יש אי-ודאות של כמה קילומטרים. מתוך שילוב התוצאות של שני הפולסרים הראשונים עם תצפיות אחרות, מצא צוות אחד ב-2021 שלכוכב נייטרונים טיפוסי, שמסתו פי 1.4 ממסת השמש, יש רדיוס של 12.45 קילומטרים, פלוס מינוס 0.65. כלומר, רוחבו כ-24–26 קילומטרים.

השוואות גודל

• נאס"א משווה את רוחבו של כוכב נייטרונים לאורכו של האי מנהטן בעיר ניו יורק.
• ריצה אחת סביב קו המשווה של כוכב נייטרונים ברוחב 24 קילומטרים הייתה מכסה כ-75 קילומטרים, כאורכם של כ-1.8 מרתונים.
• פובוס, הגדול מבין שני ירחיו של מאדים, אורכו כ-27 קילומטרים, מעט יותר מרוחבו של כוכב נייטרונים. ובכל זאת, מסתו של כוכב נייטרונים טיפוסי גדולה פי כ-260 טריליון ממסת פובוס.
• השמש רחבה כ-1.39 מיליון קילומטרים, פי 58,000 מרוחבו של כוכב נייטרונים שרוחבו 24 קילומטרים.
• אילו כוכב נייטרונים הוקטן לגודל של כדור כדורסל, השמש, באותו קנה מידה, הייתה כדור ברוחב של כ-14 קילומטרים.

איך נוצר כוכב נייטרונים

בסוף חייו אוזל הדלק בליבתו של כוכב שמסתו גדולה פי כמה ממסת השמש. הליבה קורסת תחת משקלה שלה, והכוכב מתפוצץ כסופרנובה. הכוכבים הכבדים ביותר מביניהם מותירים אחריהם חורים שחורים. הכוכבים הקלים יותר מותירים כוכבי נייטרונים.

הקריסה מועכת יחד את הפרוטונים והאלקטרונים של הליבה לנייטרונים, החלקיקים שמהם נגזר שם הכוכב. אם מסתה של הליבה הקורסת היא בין פי 1 לפי 3 בערך ממסת השמש, הנייטרונים יכולים לעצור את הקריסה.

מה בפנים

מדענים סבורים שכוכב נייטרונים בנוי משכבות. מתחת לקרום, הלחץ מפרק את האטומים לים של חלקיקים שרובם נייטרונים. עמוק בפנים הנייטרונים דחוסים בצפיפות של עד פי שניים מזו של החלקיקים בגרעין אטום. איזו צורה לובש החומר במרכז ממש עדיין לא ידוע.

בממוצע, כל סנטימטר מעוקב של כוכב נייטרונים טיפוסי מכיל בין 300 מיליון ל-400 מיליון טונות. מדידת הגודל והמסה של כוכבי נייטרונים מאפשרת לפיזיקאים להבין איך מתנהג חומר צפוף כל כך. מסתו של PSR J0740+6620 גדולה בכמעט 50% ממסתו של PSR J0030+0451, אך גודלו זהה בעיקרו. התוצאה הזאת מדברת נגד רעיונות מסוימים שלפיהם קל יותר לדחוס את החומר במרכז.

הפולסרים וגילוים

וולטר באדה ופריץ צוויקי הציעו ב-1934 שכוכבי נייטרונים קיימים. ג'וסלין בל ברנל גילתה את הפולסרים הראשונים ב-1967. רוב כוכבי הנייטרונים הידועים נראים כפולסרים. כל אחד מהם שולח קרניים שסורקות את השמיים בזמן שהוא מסתובב, כמו אור המגדלור, ולכן נראה שהוא מהבהב.

פולסרים יכולים להסתובב מהר מאוד. הפולסר PSR J0740+6620 משלים 346 סיבובים בכל שנייה. NICER מתזמן את הגעתה של כל קרן רנטגן מפולסר בדיוק של 100 ננו-שניות, כלומר 100 מיליארדיות השנייה. שינוי הבהירות מראה עד כמה הכוכב מטה את האור, ומכך ומהמסה שלו מדענים יכולים לחשב את גודלו.

מקורות

• NASA's NICER Probes the Squeezability of Neutron Stars. NASA, 2021.
• NICER. NASA Science.
• Neutron Stars. NASA Imagine the Universe, 2017.
• The Radius of PSR J0740+6620 from NICER and XMM-Newton Data. Miller et al., The Astrophysical Journal Letters, 2021.
• A NICER View of the Massive Pulsar PSR J0740+6620 Informed by Radio Timing and XMM-Newton Spectroscopy. Riley et al., The Astrophysical Journal Letters, 2021.
• A NICER View of PSR J0030+0451: Millisecond Pulsar Parameter Estimation. Riley et al., The Astrophysical Journal Letters, 2019.
• A NICER View of the Nearest and Brightest Millisecond Pulsar: PSR J0437–4715. Choudhury et al., The Astrophysical Journal Letters, 2024.
• Sun Fact Sheet. NASA, 2024.
• Mars Fact Sheet. NASA, 2025.
• Phobos. NASA Science, 2024.
• Marathon. World Athletics.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.