How big is Stea neutronică?

O stea neutronică este nucleul colapsat al unei stele masive care a explodat ca supernovă, explozia care pune capăt vieții unor stele mari. Ea strânge mai multă masă decât Soarele într-o sferă cu lățimea de aproximativ 24–26 de kilometri. Această lățime este diametrul ei, măsurat în linie dreaptă prin centru.

Dimensiune

Specialiștii consideră că o stea neutronică are o crustă solidă de atomi grei, sub o atmosferă subțire de hidrogen sau heliu. Din acest motiv, ea are o suprafață a cărei dimensiune poate fi măsurată. Măsurătorile precise provin de la NICER, un telescop de raze X aflat pe Stația Spațială Internațională.

NICER studiază pulsarii, stele neutronice care se rotesc rapid. Pe baza datelor sale, astronomii au constatat că pulsarul PSR J0030+0451 are o lățime de aproximativ 26 de kilometri și o masă de aproximativ 1,4 ori masa Soarelui. PSR J0740+6620, cu o masă de aproximativ 2,1 ori masa Soarelui, a avut o lățime de aproximativ 25 de kilometri în analiza unei echipe și de aproximativ 27 în analiza alteia. În 2024, un al treilea pulsar, PSR J0437−4715, a fost măsurat la aproximativ 23 de kilometri în diametru.

Fiecare dintre aceste rezultate are o incertitudine de câțiva kilometri. Combinând rezultatele pentru primii doi pulsari cu alte observații, o echipă a constatat în 2021 că o stea neutronică tipică, cu o masă de 1,4 ori masa Soarelui, are o rază de 12,45 kilometri, plus sau minus 0,65. Rezultă că are aproximativ 24–26 de kilometri în diametru.

Comparații de dimensiune

NASA compară lățimea unei stele neutronice cu lungimea insulei Manhattan din orașul New York.
Alergarea o dată în jurul ecuatorului unei stele neutronice cu diametrul de 24 de kilometri ar însemna aproximativ 75 de kilometri, lungimea a aproximativ 1,8 maratoane.
Phobos, luna mai mare a lui Marte, are aproximativ 27 de kilometri lungime, puțin mai mult decât lățimea unei stele neutronice. Totuși, o stea neutronică tipică are o masă de aproximativ 260 de mii de miliarde de ori mai mare decât cea a lui Phobos.
Soarele are aproximativ 1,39 milioane de kilometri în diametru, de 58.000 de ori lățimea unei stele neutronice de 24 de kilometri.
Dacă o stea neutronică ar fi micșorată până la dimensiunea unei mingi de baschet, Soarele, la aceeași scară, ar fi o sferă de aproximativ 14 kilometri în diametru.

Cum se formează o stea neutronică

La sfârșitul vieții, o stea de multe ori mai grea decât Soarele rămâne fără combustibil în nucleu. Nucleul se prăbușește sub propria greutate, iar steaua explodează ca supernovă. Cele mai grele dintre aceste stele lasă în urmă găuri negre. Cele mai ușoare lasă stele neutronice.

Prăbușirea strivește laolaltă protonii și electronii din nucleu, transformându-i în neutroni, particulele care dau numele stelei. Dacă nucleul care se prăbușește are între aproximativ 1 și 3 ori masa Soarelui, neutronii pot opri prăbușirea.

Ce se află în interior

Specialiștii consideră că o stea neutronică este alcătuită din straturi. Sub crustă, presiunea sfărâmă atomii și îi transformă într-o mare formată în mare parte din neutroni. În adânc, neutronii sunt îndesați de până la două ori mai strâns decât particulele dintr-un nucleu atomic. Ce formă ia materia chiar în centru nu se știe încă.

În medie, fiecare centimetru cub al unei stele neutronice tipice conține între 300 de milioane și 400 de milioane de tone. Măsurarea atât a dimensiunii, cât și a masei stelelor neutronice le permite specialiștilor în fizică să afle cum se comportă o materie atât de densă. PSR J0740+6620 are cu aproape 50% mai multă masă decât PSR J0030+0451, dar are în esență aceeași dimensiune. Acest rezultat pledează împotriva unor idei potrivit cărora materia din centru se comprimă mai ușor.

Pulsarii și descoperirea lor

Walter Baade și Fritz Zwicky au propus în 1934 ideea că stelele neutronice există. Jocelyn Bell Burnell a descoperit primii pulsari în 1967. Majoritatea stelelor neutronice cunoscute se văd ca pulsari. Fiecare dintre ele emite fascicule care mătură cerul pe măsură ce steaua se rotește, ca lumina unui far, astfel încât steaua pare să se aprindă și să se stingă.

Pulsarii se pot roti foarte repede. PSR J0740+6620 face 346 de rotații pe secundă. NICER înregistrează momentul sosirii fiecărei raze X venite de la un pulsar cu o precizie de 100 de nanosecunde, adică 100 de miliardimi de secundă. Variația strălucirii arată cât de puternic curbează steaua lumina, iar pornind de la această curbare și de la masa stelei, oamenii de știință pot afla dimensiunea ei.