ดาวนิวตรอนและพัลซาร์
ดาวนิวตรอนมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์รวมอยู่ในทรงกลมขนาดเท่าเมือง โดยได้รับการค้ำจุนจากภาวะเสื่อมของนิวตรอนและแรงนิวเคลียร์ เมื่อมันหมุนและปล่อยลำรังสีออกมา เราจะเห็นมันเป็นพัลซาร์
Definition
ดาวนิวตรอนคือซากดาวฤกษ์ขนาดกะทัดรัดที่มีความหนาแน่นมากกว่านิวเคลียสของอะตอมไม่กี่เท่าตัว ซึ่งได้รับการค้ำจุนหลักโดยความดันภาวะเสื่อมของนิวตรอนและแรงนิวเคลียร์ และพัลซาร์คือดาวนิวตรอนที่หมุนเร็วและมีสนามแม่เหล็กแรงสูง ซึ่งสังเกตได้จากการปล่อยรังสีเป็นจังหวะ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการก่อตัวของดาวนิวตรอนในการระเบิดซูเปอร์โนวาแบบยุบตัวของแกนกลาง โครงสร้างภายในของดาวนิวตรอนและสมการสถานะของสสารหนาแน่นที่ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด มวลสูงสุดของดาวนิวตรอน พัลซาร์ที่ขับเคลื่อนด้วยการหมุนและการใช้งานเป็นนาฬิกาที่แม่นยำ และสนามแม่เหล็กที่รุนแรงของแมกนีทาร์
Core questions
- ดาวนิวตรอนก่อตัวขึ้นได้อย่างไรและอะไรที่ค้ำจุนพวกมันไว้?
- สสารภายในดาวนิวตรอนเป็นอย่างไร?
- ทำไมพัลซาร์จึงปล่อยคลื่นเป็นจังหวะสม่ำเสมอ?
- ดาวนิวตรอนจะมีมวลสูงสุดได้เท่าไร?
Key concepts
- ภาวะเสื่อมของนิวตรอน
- สมการสถานะ
- พัลซาร์
- ไดโพลแม่เหล็ก
- การชะลอการหมุน
- แมกนีทาร์
- ความผิดปกติ
Key theories
- ภาวะเสื่อมของนิวตรอนและสมการสถานะของสสารหนาแน่น
- ดาวนิวตรอนได้รับการค้ำจุนโดยความดันภาวะเสื่อมของนิวตรอนที่แข็งตัวขึ้นจากแรงนิวเคลียร์แบบผลัก โครงสร้างของพวกมันเป็นผลมาจากสมการสถานะของสสารที่เกินความหนาแน่นของนิวเคลียส ซึ่งกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างมวลและรัศมีและมวลสูงสุด
- แบบจำลองไดโพลแม่เหล็กหมุนของพัลซาร์
- พัลซาร์คือดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็วซึ่งมีสนามแม่เหล็กแรงสูงที่ไม่สอดคล้องกันซึ่งส่งลำรังสีไปตามขั้วของมัน เมื่อดาวหมุน ลำรังสีจะกวาดผ่านโลก ทำให้เกิดคลื่นที่สังเกตได้เหมือนนาฬิกา ในขณะที่การเบรกด้วยแม่เหล็กจะค่อยๆ ชะลอการหมุน
Mechanisms
เมื่อแกนเหล็กของดาวฤกษ์มวลมากยุบตัวลง อิเล็กตรอนจะรวมตัวกับโปรตอนเพื่อสร้างนิวตรอน และแกนกลางจะดีดตัวกลับกลายเป็นดาวนิวตรอนที่มีขนาดประมาณยี่สิบกิโลเมตร การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมและฟลักซ์แม่เหล็กทำให้มันหมุนอย่างรวดเร็วด้วยสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ อนุภาคที่มีประจุซึ่งเร่งความเร็วไปตามเส้นสนามแม่เหล็กจะผลิตลำรังสีที่มองเห็นเป็นจังหวะ ในขณะที่แรงบิดแม่เหล็กจะค่อยๆ ดึงพลังงานการหมุนของมันออกไป
Clinical relevance
ดาวนิวตรอนเป็นห้องปฏิบัติการธรรมชาติสำหรับสสารที่มีความหนาแน่นสูงกว่านิวเคลียสและสำหรับแรงโน้มถ่วงในสภาวะสนามแรง พัลซาร์มิลลิวินาทีมีความแม่นยำเทียบเท่ากับนาฬิกาอะตอมและถูกใช้เพื่อทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและเพื่อค้นหาคลื่นความโน้มถ่วง และการรวมตัวของดาวนิวตรอนจะสร้างธาตุหนักและสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจจับได้
History
บะอาเดและซวิคกีเสนอแนวคิดดาวนิวตรอนในปี 1934 ออปเพนไฮเมอร์และโวลคอฟสร้างแบบจำลองในปี 1939 และโจเซลิน เบลล์ เบอร์เนลล์ค้นพบพัลซาร์ดวงแรกในปี 1967 ปาชินีและโกลด์ระบุพัลซาร์ว่าเป็นดาวนิวตรอนที่มีสนามแม่เหล็กหมุน ซึ่งได้รับการยืนยันโดยพัลซาร์ในซากซูเปอร์โนวาปู
Debates
- สมการสถานะของดาวนิวตรอนและมวลสูงสุด
- พฤติกรรมของสสารที่ความหนาแน่นสูงกว่านิวเคลียส และด้วยเหตุนี้มวลสูงสุดของดาวนิวตรอนและความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของเฟสแปลกใหม่ เช่น สสารควาร์ก ยังคงไม่แน่นอน การวัดมวลและรัศมีและการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงกำลังจำกัดความเป็นไปได้เหล่านี้อย่างต่อเนื่อง
Key figures
- Jocelyn Bell Burnell
- Antony Hewish
- Fritz Zwicky
- Franco Pacini
Related topics
Seminal works
- hewish1968
- shapiro1983
Frequently asked questions
- ทำไมสิ่งที่เล็กขนาดนี้ถึงหนักมาก?
- ในดาวนิวตรอน แรงโน้มถ่วงได้บีบอัดสสารให้มีความหนาแน่นเทียบเท่าหรือเกินกว่านิวเคลียสของอะตอม ดังนั้นสสารเพียงหนึ่งช้อนชาจะมีน้ำหนักหลายพันล้านตัน สิ่งนี้ทำให้มวลมากกว่าหนึ่งเท่าของดวงอาทิตย์สามารถบรรจุอยู่ในรัศมีเพียงประมาณสิบกิโลเมตร
- ทำไมพัลซาร์ถึงปล่อยคลื่นเป็นจังหวะสม่ำเสมอ?
- พัลซาร์ปล่อยรังสีเป็นลำแคบๆ จากขั้วแม่เหล็กของมัน และเนื่องจากดาวนิวตรอนหมุนอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ ทุกครั้งที่ลำรังสีพาดผ่านโลก เราจะบันทึกคลื่นได้ ทำให้พัลซาร์เป็นหนึ่งในนาฬิกาธรรมชาติที่แม่นยำที่สุดเท่าที่รู้จัก