Космическое чудо: Нейтронная звезда
Ещё эту звезду называли «магнетаром», потому она вращается с дикой скоростью, образуя магнитное поле невиданной силы.
Ну хорошо, давайте поговорим об одном из самых уникальных объектов во Вселенной под названием «нейтронная звезда» и решим, чем она для нас опасна.
Формирование
В природе есть масса объектов, чьи химические и физические характеристики можно назвать экстремальными: что-то очень горячее, что-то очень холодное, что-то движется очень быстро. Есть вещества с большой плотностью, есть с большой кислотностью, есть с большой радиоактивностью.
Но нейтронная звезда — это объект, характеристики которого ультра-экстремальные, в земных условиях совершенно невозможные, невообразимые и почти фантастические.
Но тем не менее нейтронные звёзды массово существуют во Вселенной и поражают воображение.
Нейтронная звезда формируется из остатка обычной звезды, масса которой должна превышать солнечную не менее, чем в 8 раз. Так что наше Солнце ею не станет.
Процесс формирования нейтронной звезды связан с таким грандиозным явлением как вспышка Сверхновой. Механизм и типы вспышки Сверхновой мы подробно рассматривать не будем, это предмет отдельного разговора.
Достаточно сказать, что на определённом этапе эволюции звезды термоядерный синтез прекращается. То есть процесс возникновения всё новых и новых элементов при слиянии ядер длится от элемента «водород» до элемента «железо». Дальше — стоп!
После этого внутреннее «распирающее» давление звезды падает (излучения больше нет), и её центральная железная часть начинает коллапсировать, сжиматься в течение долей секунды — бессердечная гравитация вообще стремится всё сжать.
Затем на сжавшееся ядро обрушиваются внешние слои звезды. После чего происходит так называемый «отскок» внешних слоёв из-за определённых квантовых эффектов.
Внешние слои звезды отшвыриваются в космос. Происходит колоссальный взрыв — оболочка звезды выбрасывается, порождая невероятную вспышку и происходит выделение огромного количества энергии.
Оставшееся после взрыва ядро звезды (массой в 1,5-2,5) солнечных становится нейтронной звездой — объектом невиданных параметров. Один из которых — плотность. Можно и чуть поподробней.
Плотность
В обычной жизни мы знаем много веществ и предметов, которые нам кажутся
достаточно плотными: твёрдые породы дерева, железо, свинец, диоксид кремния — камни, уран, иридий и осмий. У двух последних плотности почти в 23 раза больше плотности воды: литровый объём иридия или осмия будет массой в 23 килограмма.
Но по сравнению с материей нейтронной звезды все земные вещества являются менее плотными, чем, например, воздух в высоких слоях атмосферы.
Потому что нейтронная звезда обладает так называемой плотностью атомных ядер.
Каким образом?!
Для начала немного о строении атома.
Мы привыкли на схемах видеть атом таким образом, что есть его ядро из протонов и нейтронов, а вокруг вращаются электроны. Причём на схемах электроны находятся достаточно близко от ядра. Но в реальности это совершенно не так.
В реальности все атомы на 99,9% состоят из пустоты. Мы ходячие пустоты. Смотрите: стандартный, если можно так выразиться, диаметр атома — 10 -10 м, а диаметр ядра — 10 -15 м. То есть ядро атома примерно в 100 000 раз меньше самого атома.
Для иллюстрации. Вообразите себе огромный стадион диаметром в 1 километр. Вы выходите на середину поля и кладёте в центр в кружочка ягоду малины с разноцветными зёрнами — красными и белыми, пусть это будут протоны и нейтроны. Размер ягоды — 1 сантиметр.
Таким образом ближайший электрон в виде точки многократно меньшей, чем зерно малины, будет находится на внешней трибуне этого стадиона за 500 метров.
И вот этот в целом огромный стадион — атом! Пустота на 99,9%. Квантовые эффекты мы не учитываем для простоты.
Теперь к нашему стадиону приставляем такой же рядом. Тоже с ягодой малины в центре и точками-электронами в радиусе 500 метров. И ещё один стадион, и ещё, и ещё, и ещё. Такова наша материя в обычных условиях. Ну можно представить сферы в километр диаметром, в центре которых ягоды малины, а поверхности состоят из электронных оболочек.
Возвращаемся к нейтронной звезде.
Напоминаю: изначально масса звезды составляла не менее 8 солнечных. После вспышки сверхновой и сброса внешних слоёв осталось ядро массой от 1,5 до 2,5 (есть предположение, что до 3, но это максимум) солнечных. И это ядро стремительно сжималось.
И оно достигло размеров примерно 10-20 километров в диаметре.
Ещё раз: звезда размером от автовокзала Саратова до автовокзала Энгельса имеет массу в полторы- три солнечных масс.
Гравитационный коллапс был настолько силен, что атомы вещества начали разрушаться, а электроны просто вдавливаться в ядра. Они слились с протонами.
А раз электроны отрицательно заряженные, а протоны положительно, то новая частица от их слияния стала — нейтроном. Рядом с другими нейтронами в ядре. По сути, нейтронная звезда и является огромным атомным ядром, состоящим только из нейтронов. (Просто вспомните аналогию с большими стадионами, где трибуны разрушились и все ягоды малины скатились одна к другой вплотную).
Именно поэтому звезда называется «нейтронной». Отныне плотность материи в звезде стала плотностью атомных ядер и даже выше. Это как минимум 2,3*1017 кг на метр кубический. То есть в земных условиях это 230 триллионов тонн на один кубический метр! Как минимум.
Кубический сантиметр в земных условиях 230 миллионов тонн. Одна чайная ложка — это 5 кубических сантиметров, то есть чайная ложка материи нейтронной звезды в земных условиях весила бы 1 миллиард 150 миллионов тонн.
Бесспорно, размеры атомных ядер различные у разных элементов (из-за количества протонов и нейтронов в них), но нейтроны — одинаковы все.
Если бы представить, что из материи нейтронной звезды можно было бы сделать меч, то он разрезал бы камни и железо так, как обычный меч из стали «разрезает» воздух. (Фан-факт: молот Мьёльнир и Громсекира Тора из комиксов «Марвел» были сделаны из материи нейтронной звезды).
Но это только во внешних и средних слоях нейтронной звезды такая плотность. У неё тоже есть ядро. И полагается, что в ядре нейтронной звезды разрушились даже нейтроны, и материя стала кварковая с ещё большей плотностью, многократно превышающую ядерную.
И при этом предположительно материя нейтронной звезды, порождённая гравитацией, это жидкость.
Гравитация
Идём дальше с нейтронной звездой. Как было сказано, размер её 10-20 километров, а масса 1,5-2,5(3) солнечных. Что это значит? А то, что звезда обладает чудовищной гравитацией, которая, как известно, имеет прямую зависимость от массы объекта и обратную от радиуса объекта.
То есть, чем больше масса, тем больше гравитация. Но чем больше радиус при той же массе, тем меньше гравитация. А у нас наоборот — радиус сверхмалый.
Значит, нейтронная звезда в 10-20 километров, обладая массой в 1,5-2,5(3) раза больше Солнца (диаметр почти в 1 400 000 километров), имеет гравитационное поле в сотни тысяч раз сильнее, чем Солнце.
Поясним. В земных условиях, как вам известно, ускорение свободного падения равно 9,8 метров на секунду в квадрате.
Проще говоря, постоянно всё сущее на Земле стремится к её центру (как центру масс) со скоростью 9,8 метров на секунду в квадрате.
И вы тоже. Ваши уши, нос, челюсти, голова в целом, тело, руки, ноги, внутренние органы постоянно «движутся» вниз со скоростью 9,8 метров на секунду в квадрате. Это называется перегрузка в 1g.
Однако, прочности скелета и силы мышц достаточно, чтобы вы могли преодолевать эту постоянную перегрузку, держать себя в вертикальном положении, ходить, бегать и даже прыгать вверх на небольшие высоты на краткое время.
И это то, что мы называем «вес» тела — зависимость от массы тела и ускорения свободного падения. Вообще-то вес измеряется в ньютонах, но не будем усложнять и оставим килограммы.
А вот ускорение свободного падения на Юпитере составляет 24,8 метров на секунду в квадрате или 2,53 g. Это как если бы в земных условиях человеку массой 80 килограммов на спину надели бы рюкзак массой 120 килограммов. Сможет ли человек ходить? Тренированный тяжелоатлет — да, но медленно и недолго, обычный человек — только ползать. Будь у Юпитера твёрдая поверхность, космонавты по нему только ползали бы, тяжело дыша.
У Солнца ускорение свободного падения — 274 метров на секунду в квадрате, и это значит примерно 28 g. В земных условиях человек массой 80 килограммов весил бы 2240 килограммов. Тут уже ползать не получилось бы, такой вес не выдержали бы ни мышцы, ни скелет. Это погибель от самостоятельного расплющивания.
А как с нейтронной звездой? Да очень просто: ускорение свободного падения там примерно 2 триллиона метров в секунду, или же примерно 200 миллиардов g. Может, и больше.
Что это означает? (Расчёт чисто теоретический для гравитационных перегрузок, физически ничто не может двигаться с таким ускорением) А то, что любой объект, попавший на нейтронную звезду, будет мгновенно уничтожен, сжат, его атомы разрушатся, он станет нейтронным и превратится в часть звезды.
Если представить, то туда высадился космонавт, то он сожмётся до размеров в десятые доли миллиметра. Если поставить на нейтронную звезду небоскрёб, он схлопнется пятнышком до нескольких квадратных сантиметров.
Гора Эверест станет размером, ну скажем, пятном со стороной в полметра-метр.
Если Земля столкнётся с нейтронной звездой, она распластается пятном диаметром метров в 150-200 метров и станет частью нейтронной звезды.
Вывод очень просто: всё, что попадает на нейтронную звезду — становится нейтронной звездой.
Нейтронная звезда из-за своего чудовищного гравитационного поля настолько сильно искривляет пространство, что даже отражённому свету тяжеловато покинуть её.
И свет будет покидать нейтронную звезду по кривой траектории таким образом, что если бы вы могли увидеть нейтронную звезду, то увидели бы её бОльшую площадь, чем в земных условиях вы видите, глядя на баскетбольный мяч, например.
В земном случае вы просто видите двухмерный круг диаметром со сферу, то есть с мяч.
Глядя на нейтронную звезду и из-за особого искривления световых лучей, вы увидели бы немного и оборотную сторону звезды.
Причём, я не уверен, что вы увидите центральную часть нейтронной звезды, из-за искривления отражённых световых лучей, они попросту не попадут вам в глаза, и на месте центральной части будет чёрное пятно.
А что будет, если нейтронная звезда сольётся с Солнцем или другой нейтронной звездой?!
Тогда эти два объекта, став единым, превысят массу Солнца более, чем в 4 раза, и возникнет чёрная дыра — объект, который по своим характеристикам и свойствам превосходит даже нейтронную звезду.
Но это уже совсем другая история.
Так что да, если к нам приблизится нейтронная звезда — прощай, Солнечная система.
Но всё-таки волноваться не надо: нейтронная звезда находится сейчас примерно в 15 тысячах световых лет от нас, с его скоростью лететь ему до нас миллионы лет, заденет ли он вообще Солнечную систему — маловероятно, но в любом случае на наш век хватит.
И напоследок: посмотрите на своё кольцо, цепочку или другие украшения из золота. Это вам привет от нейтронной звезды, потому что такой элемент как «золото» появился только благодаря ей, через определённые ядерные механизмы при слиянии нейтронных звёзд и превращения нейтронов в протоны происходит формирование и выброс золота в космическое пространство. Так что фактически частички древних нейтронных звёзд вы носите на пальцах или на шее.
