Bintang neutron

Pulsar Vela

Ilustrasi Bintang Neutron

Bintang Neutron adalah bintang yang terbentuk dari inti bintang yang runtuh dari bintang raksasa yang sebelum runtuh memiliki massa total antara 10 dan 29 massa matahari. Bintang neutron adalah bintang terkecil dan terpadat (tidak termasuk lubang hitam, lubang putih hipotetis, bintang quark dan bintang aneh). Bintang neutron memiliki jari-jari sekitar 10 kilometer (6,2 mi) dan massa sekitar 1,4 massa matahari. Mereka dihasilkan dari ledakan supernova dari sebuah bintang masif, dikombinasikan dengan keruntuhan gravitasi, yang memadatkan inti melewati kerapatan bintang katai putih ke inti atom .

Setelah terbentuk, mereka tidak lagi secara aktif menghasilkan panas, dan mendingin seiring waktu; Namun, mereka masih dapat berkembang lebih lanjut melalui tabrakan atau akresi. Sebagian besar model dasar untuk objek-objek ini menyiratkan bahwa bintang-bintang neutron hampir seluruhnya terdiri dari neutron (partikel subatomik tanpa muatan listrik bersih dan dengan massa yang sedikit lebih besar dari proton); elektron dan proton yang ada dalam materi normal bergabung untuk menghasilkan neutron pada kondisi bintang neutron. Bintang neutron sebagian didukung terhadap kehancuran lebih lanjut oleh tekanan degenerasi neutron, sebuah fenomena yang dijelaskan oleh prinsip pengecualian Pauli, sama seperti katai putih didukung terhadap kehancuran oleh tekanan degenerasi elektron . Namun tekanan degenerasi neutron tidak cukup untuk menahan benda di luar 0,7 M☉ dan gaya nuklir repulsive memainkan peran yang lebih besar dalam mendukung bintang neutron yang lebih masif. Jika bintang yang tersisa memiliki massa melebihi batas Tolman-Oppenheimer-Volkoff, bintang terus runtuh untuk membentuk lubang hitam.

Bintang neutron yang diamati, sangat panas dan biasanya memiliki suhu permukaan sekitar 600,000 K Mereka sangat padat sehingga kotak korek api berukuran normal yang mengandung bahan bintang neutron akan memiliki berat sekitar 3 miliar metrik ton, berat yang sama dengan 0,5 potongan kubik kilometer Bumi (kubus dengan tepi sekitar 800 meter). Medan magnet mereka antara 10⁸ dan 10¹⁵ (100 juta hingga 1 kuadriliun) kali lebih kuat dari medan magnet Bumi. Medan gravitasi di permukaan bintang neutron adalah sekitar 200 miliar kali dari medan gravitasi Bumi.

Ketika inti bintang runtuh, laju rotasinya meningkat sebagai akibat kekekalan momentum sudut, maka bintang-bintang neutron yang baru terbentuk berputar hingga beberapa ratusan kali per detik. Beberapa bintang neutron memancarkan sinar radiasi elektromagnetik yang membuatnya dapat dideteksi sebagai pulsar. Memang, penemuan pulsar oleh Jocelyn Bell Burnell dan Antony Hewish pada tahun 1967 adalah saran pengamatan pertama bahwa bintang-bintang neutron ada. Radiasi dari pulsar diperkirakan dipancarkan dari daerah dekat kutub magnetnya. Jika kutub magnet tidak bertepatan dengan sumbu rotasi bintang neutron, pancaran emisi akan menyapu langit, dan ketika dilihat dari kejauhan, jika pengamat berada di suatu tempat di jalur balok, itu akan muncul sebagai pulsa radiasi datang dari titik tetap di ruang angkasa (yang disebut "efek mercusuar"). Bintang neutron dengan perputaran tercepat yang pernah ditemukan adalah PSR J1748-2446ad, berputar pada kecepatan 716 kali per detik atau 43.000 putaran per menit, memberikan kecepatan linier pada permukaan dengan urutan 0,24 (yaitu, hampir seperempat kecepatan cahaya).

Diperkirakan ada sekitar 100 juta bintang neutron di Bima Sakti, sebuah angka yang diperoleh dengan memperkirakan jumlah bintang yang telah mengalami ledakan supernova. Namun, sebagian besar sudah tua dan dingin, dan bintang-bintang neutron hanya dapat dengan mudah dideteksi dalam kasus-kasus tertentu, seperti jika mereka adalah pulsar atau bagian dari sistem biner. Bintang neutron yang berputar lambat dan tidak bertambah hampir tidak dapat dideteksi; namun, sejak Hubble Space Telescope mendeteksi RX J185635−3754, beberapa bintang neutron terdekat yang tampak memancarkan hanya radiasi termal yang terdeteksi. Repeater gamma lunak diduga merupakan sejenis bintang neutron dengan medan magnet yang sangat kuat, yang dikenal sebagai magnetar, atau sebagai alternatif, bintang neutron dengan cakram fosil di sekitarnya.

Bintang-bintang neutron dalam sistem biner dapat mengalami pertambahan yang biasanya membuat sistem tersebut cerah dalam sinar-X sementara materi yang jatuh ke bintang neutron dapat membentuk titik-titik panas yang berputar masuk dan keluar dari pandangan dalam sistem pulsar sinar-X yang teridentifikasi. Selain itu, pertambahan tersebut dapat "mendaur ulang" pulsar lama dan berpotensi menyebabkan mereka memperoleh massa dan putaran hingga tingkat rotasi yang sangat cepat, membentuk pulsar milidetik . Sistem biner ini akan terus berevolusi, dan akhirnya sahabat dapat menjadi objek kompak seperti bintang kerdil putih atau bintang neutron itu sendiri, meskipun kemungkinan lain termasuk penghancuran lengkap teman melalui ablasi atau merger. Penggabungan bintang-bintang neutron biner mungkin menjadi sumber ledakan sinar gamma berdurasi pendek dan kemungkinan merupakan sumber gelombang gravitasi yang kuat. Pada 2017, deteksi langsung ( GW170817 ) dari gelombang gravitasi dari peristiwa semacam itu dilakukan, dan gelombang gravitasi juga telah secara tidak langsung terdeteksi dalam sistem di mana bintang neutron mengorbit satu sama lain (Hulse–Taylor).

Pada Oktober 2018, para astronom melaporkan bahwa GRB 150101B, peristiwa ledakan sinar gamma yang terdeteksi pada 2015, mungkin berhubungan langsung dengan GW170817 yang bersejarah dan terkait dengan penggabungan dua bintang neutron. Kesamaan antara dua peristiwa, dalam hal sinar gamma, emisi optik dan x-ray, serta sifat galaksi tuan rumah yang terkait, "mencolok", menunjukkan dua peristiwa yang terpisah mungkin keduanya merupakan hasil dari merger bintang neutron, dan keduanya mungkin kilonova, yang mungkin lebih umum di alam semesta daripada yang dipahami sebelumnya, menurut para peneliti.

Formasi

Representasi sederhana dari pembentukan bintang neutron.

Setiap bintang deret utama dengan massa awal di atas 8 kali massa matahari (8 M_☉) memiliki potensi untuk menghasilkan bintang neutron. Saat bintang berevolusi dari urutan utama, pembakaran nuklir selanjutnya menghasilkan inti kaya zat besi. Ketika semua bahan bakar nuklir dalam inti telah habis, inti harus didukung oleh tekanan degenerasi saja. Deposit massa lebih lanjut dari pembakaran cangkang menyebabkan inti melebihi batas Chandrasekhar. Tekanan degenerasi elektron diatasi dan inti runtuh lebih lanjut, mengirim suhu melonjak hingga lebih dari 5 Pada suhu ini, fotodisintegrasi (pemecahan inti besi menjadi partikel alfa oleh sinar gamma berenergi tinggi) terjadi. Ketika suhu naik lebih tinggi lagi, elektron dan proton bergabung membentuk neutron melalui penangkapan elektron, melepaskan banjir neutrino . Ketika kepadatan mencapai kepadatan nuklir 4, tekanan degenerasi neutron menghentikan kontraksi. Selubung luar bintang yang terhenti terhenti dan terlempar ke luar oleh fluks neutrino yang diproduksi dalam penciptaan neutron, menjadi supernova. Sisa yang tersisa adalah bintang neutron. Jika sisa memiliki massa lebih besar sekitar 3 M_☉, akan runtuh lebih lanjut menjadi lubang hitam.

Karena inti dari bintang masif dikompresi selama supernova Tipe II, Tipe Ib atau supernova Tipe Ic, dan runtuh menjadi bintang neutron, ia mempertahankan sebagian besar momentum sudutnya. Tetapi, karena hanya memiliki sebagian kecil dari jari-jari induknya (dan karenanya momen inersianya berkurang tajam), bintang neutron terbentuk dengan kecepatan rotasi yang sangat tinggi, dan kemudian dalam periode yang sangat lama ia melambat. Bintang neutron diketahui memiliki periode rotasi dari sekitar 1,4 milidetik hingga 30 detik. Kepadatan bintang neutron juga memberikan gravitasi permukaan yang sangat tinggi, dengan nilai tipikal berkisar antara 10¹² hingga 10¹³ m / s ² (lebih dari 10¹¹ kali dari Bumi). Salah satu ukuran gravitasi yang sangat besar adalah kenyataan bahwa bintang-bintang neutron memiliki kecepatan lepas mulai dari 100.000 km / detik hingga 150.000 km detik, yaitu dari sepertiga hingga setengah kecepatan cahaya . Gravitasi bintang neutron mempercepat materi infalling ke kecepatan luar biasa. Kekuatan dampaknya kemungkinan akan menghancurkan atom-atom komponen objek, membuat semua materi identik, dalam banyak hal, ke seluruh bintang neutron.