How big is Neutronstjärna?

En neutronstjärna är den kollapsade kärnan hos en massiv stjärna som exploderade som en supernova, den explosion som avslutar livet för vissa stora stjärnor. Den packar mer massa än solen i ett klot som är cirka 24–26 kilometer i diameter. Diametern mäts rakt genom klotets mitt.

Storlek

Forskare tror att en neutronstjärna har en fast skorpa av tunga atomer under en tunn atmosfär av väte eller helium. Därför har den en yta vars storlek går att mäta. Exakta mätningar kommer från NICER, ett röntgenteleskop på Internationella rymdstationen.

NICER studerar pulsarer, neutronstjärnor som snurrar snabbt. Med hjälp av teleskopets data har astronomer kommit fram till att pulsaren PSR J0030+0451 är cirka 26 kilometer i diameter och har cirka 1,4 gånger solens massa. PSR J0740+6620, med cirka 2,1 gånger solens massa, mättes till cirka 25 kilometer i diameter i ett forskarlags analys och till cirka 27 i ett annats. År 2024 mättes en tredje pulsar, PSR J0437−4715, till cirka 23 kilometer i diameter.

Varje resultat har en osäkerhet på några kilometer. Genom att kombinera resultaten för de två första pulsarerna med andra observationer kom ett forskarlag år 2021 fram till att en typisk neutronstjärna, med 1,4 gånger solens massa, har en radie på 12,45 kilometer, plus minus 0,65. Det ger cirka 24–26 kilometer i diameter.

Storleksjämförelser

NASA jämför bredden på en neutronstjärna med längden på ön Manhattan i New York.
Att springa ett varv runt ekvatorn på en neutronstjärna som är 24 kilometer i diameter skulle ge cirka 75 kilometer, längden av cirka 1,8 maraton.
Phobos, den större av Mars två månar, är cirka 27 kilometer lång, något mer än bredden på en neutronstjärna. Ändå har en typisk neutronstjärna cirka 260 biljoner gånger Phobos massa.
Solen är cirka 1,39 miljoner kilometer i diameter, 58 000 gånger bredden på en neutronstjärna som är 24 kilometer i diameter.
Om en neutronstjärna förminskades till storleken av en basketboll, skulle solen i samma skala vara ett klot som är cirka 14 kilometer i diameter.

Så bildas en neutronstjärna

I slutet av sitt liv får en stjärna som är många gånger tyngre än solen slut på bränsle i sin kärna. Kärnan kollapsar under sin egen tyngd, och stjärnan exploderar som en supernova. De tyngsta av dessa stjärnor lämnar efter sig svarta hål. De lättare lämnar efter sig neutronstjärnor.

Kollapsen pressar ihop kärnans protoner och elektroner till neutroner, de partiklar som stjärnan har fått sitt namn efter. Om den kollapsande kärnan har mellan cirka 1 och 3 gånger solens massa kan neutronerna stoppa kollapsen.

Vad som finns inuti

Forskare tror att en neutronstjärna är uppbyggd i lager. Under skorpan bryter trycket sönder atomerna till ett hav av mestadels neutroner. Djupt inne är neutronerna packade upp till dubbelt så tätt som partiklarna i en atomkärna. Vilken form materien har allra längst in i mitten är fortfarande okänt.

I genomsnitt innehåller varje kubikcentimeter av en typisk neutronstjärna 300 miljoner till 400 miljoner ton. Genom att mäta både storleken och massan hos neutronstjärnor kan fysiker ta reda på hur materia med så hög täthet beter sig. PSR J0740+6620 har nästan 50 % mer massa än PSR J0030+0451 men är i stort sett lika stor. Det resultatet talar emot vissa idéer där materien i mitten är lättare att pressa ihop.

Pulsarer och hur de upptäcktes

Walter Baade och Fritz Zwicky föreslog år 1934 att neutronstjärnor finns. Jocelyn Bell Burnell upptäckte de första pulsarerna år 1967. De flesta kända neutronstjärnor syns som pulsarer. Varje pulsar sänder ut strålar som sveper över himlen när den snurrar, som ljuset från en fyr, så att den ser ut att blinka på och av.

Pulsarer kan snurra mycket snabbt. PSR J0740+6620 snurrar 346 varv varje sekund. NICER tidsbestämmer ankomsten av varje röntgenstråle från en pulsar med en noggrannhet på 100 nanosekunder, eller 100 miljarddelar av en sekund. Den skiftande ljusstyrkan visar hur kraftigt stjärnan böjer ljuset, och utifrån det och stjärnans massa kan forskare räkna ut dess storlek.