Bintang Neutron dan Pulsar

Bintang neutron memadatkan massa yang melebihi massa Matahari ke dalam bola seukuran kota, ditopang oleh degenerasi neutron dan gaya nuklir; ketika berputar dan memancarkan radiasi, kita melihatnya sebagai pulsar.

Definition

Bintang neutron adalah sisa bintang kompak yang beberapa kali lebih padat daripada inti atom, ditopang terutama oleh tekanan degenerasi neutron dan gaya nuklir, dan pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat, bermagnet kuat, yang diamati sebagai pulsa radiasi.

Scope

Topik ini mencakup pembentukan bintang neutron dalam supernova keruntuhan inti, struktur internalnya dan persamaan keadaan materi padat yang kurang diketahui, massa maksimum bintang neutron, pulsar yang ditenagai rotasi dan penggunaannya sebagai jam presisi, serta medan magnet ekstrem magnetar.

Core questions

• Bagaimana bintang neutron terbentuk dan apa yang menopangnya?
• Bagaimana materi di dalam bintang neutron?
• Mengapa pulsar memancarkan pulsa secara teratur?
• Berapa massa maksimum yang dapat dimiliki bintang neutron?

Key concepts

• degenerasi neutron
• persamaan keadaan
• pulsar
• dipol magnetik
• perlambatan putaran (spin-down)
• magnetar
• glitch

Key theories

Degenerasi neutron dan persamaan keadaan materi padat

Bintang neutron ditopang oleh tekanan degenerasi neutron yang diperkuat oleh gaya nuklir tolak-menolak; strukturnya berasal dari persamaan keadaan materi di luar kepadatan nuklir, yang menetapkan hubungan antara massa dan jari-jari serta massa maksimum.

Model dipol magnetik berputar pada pulsar

Pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat dengan medan magnet kuat yang tidak sejajar, yang menyalurkan berkas radiasi di sepanjang kutubnya; saat bintang berputar, berkas tersebut menyapu Bumi, menghasilkan pulsa seperti jam yang teramati sementara pengereman magnetik secara bertahap memperlambat putaran.

Mechanisms

Ketika inti besi bintang masif runtuh, elektron bergabung dengan proton membentuk neutron dan inti memantul menjadi bintang neutron berukuran sekitar dua puluh kilometer. Konservasi momentum sudut dan fluks magnetik menyebabkannya berputar cepat dengan medan magnet yang sangat besar; partikel bermuatan yang dipercepat di sepanjang garis medan menghasilkan radiasi terarah yang terlihat sebagai pulsa, sementara torsi magnetik secara perlahan menguras energi rotasinya.

Clinical relevance

Bintang neutron adalah laboratorium alami untuk materi pada kepadatan supranuklir dan untuk gravitasi medan kuat; pulsar milidetik menyaingi jam atom dan digunakan untuk menguji relativitas umum serta mencari gelombang gravitasi, dan penggabungan bintang neutron menghasilkan unsur-unsur berat dan sinyal gelombang gravitasi yang dapat dideteksi.

History

Baade dan Zwicky mengusulkan bintang neutron pada tahun 1934, Oppenheimer dan Volkoff memodelkannya pada tahun 1939, dan Jocelyn Bell Burnell menemukan pulsar pertama pada tahun 1967; Pacini dan Gold segera mengidentifikasi pulsar sebagai bintang neutron bermagnet yang berputar, sebuah gambaran yang dikonfirmasi oleh pulsar di sisa supernova Kepiting.

Debates

Persamaan keadaan bintang neutron dan massa maksimum

Perilaku materi di atas kepadatan nuklir, dan karenanya massa maksimum bintang neutron serta kemungkinan keberadaan fase eksotis seperti materi quark, masih belum pasti; pengukuran massa dan jari-jari serta pengamatan gelombang gravitasi secara bertahap mempersempit kemungkinan.

Key figures

• Jocelyn Bell Burnell
• Antony Hewish
• Fritz Zwicky
• Franco Pacini

Seminal works

• hewish1968
• shapiro1983

Frequently asked questions

Bagaimana sesuatu yang begitu kecil bisa begitu berat?

Dalam bintang neutron, gravitasi telah menghancurkan materi hingga kepadatan yang sebanding atau melebihi inti atom, sehingga satu sendok teh materi tersebut akan memiliki berat miliaran ton; ini memungkinkan lebih dari satu massa Matahari muat dalam radius hanya sekitar sepuluh kilometer.

Mengapa pulsar berdenyut begitu teratur?

Pulsar memancarkan radiasi dalam berkas sempit dari kutub magnetnya, dan karena bintang neutron berputar dengan cepat dan stabil, setiap kali berkas menyapu Bumi, kita merekam sebuah pulsa, menjadikan pulsar di antara jam alami paling presisi yang diketahui.