Neytron yulduzi — osmon jismi bo‘lib, u yulduzlar evolyutsiyasining mumkin bo‘lgan natijalaridan biridir. U asosan neytronlardan iborat markaziy qismdan iborat bo‘lib, u nisbatan yupqa (taxminan 1 km) og‘ir atom yadrolari va elektronlardan tashkil topgan qobiq bilan qoplangan.
Neytron yulduzlarining massasi Quyosh massasiga yaqin, ammo odatdagi neytron yulduzining radiusi atigi 10—20 kilometrni tashkil etadi. Shu sababli bunday jism moddasining o‘rtacha zichligi atom yadrosining zichligidan bir necha baravar katta (og‘ir yadrolar uchun bu qiymat o‘rtacha 2,8⋅1017 kg/m3). Neytron yulduzining keyingi gravitatsion siqilishiga yadro moddasining bosimi to‘sqinlik qiladi; bu bosim neytronlarning o‘zaro ta’siri natijasida yuzaga keladi.
Ko‘plab neytron yulduzlari o‘z o‘qi atrofida nihoyatda tez — soniyasiga bir necha yuz martagacha aylanadi va juda kuchli, 1011 Tl gacha yetadigan magnit maydonga ega. Hozirgi tasavvurlarga ko‘ra, neytron yulduzlari o‘ta yangi yulduzlar.
Shakllanishi
Har qanday asosiy ketma-ketlikdagi yulduzning boshlang‘ich massasi Quyosh massasidan 8 baravardan ortiq bo‘lsa (M⊙) evolyutsiya davomida neytron yulduziga aylanishi mumkin. Yulduz rivojlanishi davomida uning ichidagi barcha vodorod yonib tugaydi va yulduz asosiy ketma-ketlikdan chiqadi. Bir muddat yulduzda energiya geliy yadrolaridan og‘irroq yadrolar sintezlanishi hisobiga ajraladi. Ammo barcha yengil yadrolar atom raqami temirnikiga yaqin bo‘lgan, yadrolarining bog‘lanish energiyasi eng yuqori elementlarning yadrolariga aylangach, bu sintez ham tugaydi.
Yadroning faol qismidagi barcha yadro yoqilg‘isi tugagach, uni gravitatsion siqilishdan faqat aynigan elektron gazining.
bosimi saqlab turadi. Termoyadro sintezi hali davom etayotgan yulduzning tashqi qatlamlari siqilishi va yengil yadrolar tugashi bilan yulduz yadrosining siqilishi kuchayadi, uning massasi esa Chandrasekar chegarasidan oshib keta boshlaydi. Aynigan elektron gazining bosimi gidrostatik muvozanatni saqlashga yetmay qoladi va yadro tez zichlashib, harorati 5⋅109 K dan yuqoriga ko‘tariladi. Bunday haroratlarda kuchli gamma-nurlanish ta’sirida temir yadrolarining fotodissotsiatsiyasi sodir bo‘lib, ular alfa-zarrachalarga parchalanadi. Harorat yana oshganda elektronni tutib olish jarayonida elektronlar va protonlar neytronlarga birlashadi. Lepton zaryadining saqlanish qonuniga muvofiq, bunda elektron neytrinolari.
ning kuchli oqimi hosil bo‘ladi. Yulduz zichligi yadro moddasi zichligi — 4⋅1017 kg/m3 ga yetganda, aynigan neytronlarning ideal Fermi — Dirak gazi bosimi siqilishni to‘xtatadi. Yulduz tashqi qobig‘ining neytron yadrosiga qulashi to‘xtaydi va qobiq neytrino oqimi ta’sirida yadrodan uzoqqa uloqtiriladi. Buning sababi shundaki, nihoyatda yuqori haroratlarda qulayotgan qobiq moddasi neytrinolar uchun shaffof bo‘lmay qoladi. Shu tariqa yulduz o‘ta yangi yulduzga aylanadi. Tashqi qobiq tarqalib ketgach, yulduzdan neytron yulduzi shaklidagi qoldiq qoladi.
Agar bu qoldiqning massasi 3 M⊙ dan oshsa, yulduzning kollapsi davom etib, qora tuynuk.
hosil bo‘ladi. Katta massali yulduzning yadrosi II turdagi o‘ta yangi yulduz, portlashi, shuningdek, Ib yoki Ic turdagi portlash vaqtida siqilib, neytron yulduziga aylanganda, o‘zining dastlabki impuls momentining katta qismini saqlab qoladi. Biroq yulduz qoldig‘ining radiusi ona yulduz radiusidan ko‘p marta kichik bo‘lgani uchun, uning inersiya momenti keskin kamayadi va impuls momentining saqlanish qonuniga muvofiq, neytron yulduzi juda katta burchak tezligida aylana boshlaydi. Bu tezlik juda uzoq vaqt davomida asta-sekin pasayadi. Aylanish davri 1,4 ms dan 30 ms gacha bo‘lgan neytron yulduzlari ma’lum.
Neytron yulduzining kichik o‘lchamlari va katta zichligi uning sirtidagi erkin tushish tezlanishining juda yuqori bo‘lishiga sabab bo‘ladi. Uning odatdagi qiymatlari 1012 dan 1013 m/s2 oralig‘ida bo‘lib, bu Yer sirtidagidan 1011 martadan ham ko‘proq katta. Yer sirtidagiga nisbatan bunday kuchli tortishish tufayli neytron yulduzlarida qochish tezligi 100 000 km/s dan 150 000 km/s gacha, ya’ni yorug‘lik tezligining uchdan biridan yarmigacha bo‘ladi. Neytron yulduzining gravitatsiyasi unga tushayotgan moddani nihoyatda katta tezlikkacha jadallashtiradi. Zarba kuchi, ehtimol, tushayotgan moddaning atomlarini parchalash va uni neytronlarga aylantirish uchun yetarli bo‘ladi.
Umumiy ma’lumotlar
Massasi ishonchli o‘lchangan neytron yulduzlarining aksariyati 1,3 dan 1,5 gacha Quyosh massasiga ega, bu esa Chandrasekar chegarasi qiymatiga yaqin. Nazariy jihatdan massasi 0,1 dan taxminan 2,16 Quyosh massasigacha bo‘lgan neytron yulduzlari mavjud bo‘lishi mumkin. Ma’lum eng katta massali neytron yulduzlari — Vela X-1 (massasi kamida 1,88 ± 0,13 Quyosh massasiga teng, 1σ darajasida; bu statistik ahamiyatlilik darajasining α ≈ 34 % qiymatiga mos keladi), PSR J1614–2230[ingl.] (taxminiy massasi 1,97 ± 0,04 Quyosh massasi), PSR J0348+0432 (taxminiy massasi 2,01 ± 0,04 Quyosh massasi) va nihoyat, PSR J0740+6620 (turli ma’lumotlarga ko‘ra, taxminiy massasi 2,14 yoki 2,17 Quyosh massasi). Neytron yulduzlarining gravitatsion siqilishiga aynigan neytron gazining bosimi to‘sqinlik qiladi. Neytron yulduzi massasining eng katta qiymati Oppenheymer — Volkov chegarasi bilan belgilanadi. Hozircha uning aniq qiymati noma’lum, chunki yadro zichliklaridagi moddaning holat tenglamasi yetarlicha o‘rganilmagan. Nazariy taxminlarga ko‘ra, zichlik yadro moddasi zichligidan ham oshsa, neytron yulduzi moddasi kvark yulduziga.
Magnit maydon neytron yulduzlarining sirtida 1012—1013 Gs qiymatiga yetadi (taqqoslash uchun, Yerning magnit maydoni taxminan 1 Gs). Aynan neytron yulduzlari magnitosferasidagi jarayonlar pulsarlarning radio nurlanishiga sabab bo‘ladi. 1990-yillardan boshlab ayrim neytron yulduzlari magnetarlar deb tasniflana boshladi. Bular magnit maydoni 1014 Gs va undan yuqori bo‘lgan yulduzlardir.
Magnit maydon kuchlanganligi «kritik» 4,414⋅1013 Gs qiymatdan oshganda, ya’ni elektronning magnit momenti ning magnit maydon bilan o‘zaro ta’sir energiyasi uning tinchlik energiyasi mec2dan oshganda, o‘ziga xos relyativistik hodisalar, fizik vakuumning qutblanishi va boshqalar muhim ahamiyat kasb etadi.
2022-yilga kelib 3200 dan ortiq neytron yulduzi kashf etilgan. Ularning taxminan 90 %i yakka yulduzlar, qolganlari esa ko‘p karrali yulduz tizimlariga kiradi.
Hisob-kitoblarga ko‘ra, Galaktikamizda jami 108—109 ta neytron yulduzi bo‘lishi mumkin, ya’ni taxminan har mingta oddiy yulduzga bittadan neytron yulduzi to‘g‘ri keladi.
Neytron yulduzlari katta xususiy harakat tezligiga (odatda yuzlab km/s) ega. Yulduzlararo gazning neytron yulduzi sirtiga akkretsiyasi natijasida uni Yerdan turli spektral diapazonlarda, jumladan optik diapazonda kuzatish mumkin. Optik diapazonga yulduz tarqatadigan jami energiyaning taxminan 0,003 %i to‘g‘ri keladi (bu 10 absolyut yulduz kattaligiga).
Tuzilishi
Neytron yulduzida shartli ravishda beshta qatlam ajratiladi: atmosfera, tashqi qobiq, ichki qobiq, tashqi yadro va ichki yadro.
Neytron yulduzining atmosferasi — juda yupqa plazma qatlami (issiq yulduzlarda o‘nlab santimetrdan sovuq yulduzlarda millimetrgacha). Neytron yulduzining issiqlik nurlanishi shu qatlamda shakllanadi.
Tashqi qobiq atom yadrolari va elektronlardan iborat bo‘lib, qalinligi bir necha yuz metrga yetadi. Neytron yulduzi issiq tashqi qobig‘ining sirtga yaqin yupqa (bir necha metrdan oshmaydigan) qatlamida elektron gazi aynimagan holatda bo‘ladi; chuqurroq qatlamlarda esa u aynigan holatga o‘tadi. Chuqurlik oshishi bilan aynish relyativistik va o‘ta relyativistik tus oladi.
Ichki qobiq elektronlar, erkin neytronlar va neytronlari ortiqcha bo‘lgan atom yadrolaridan tashkil topadi. Chuqurlik oshgan sari erkin neytronlar ulushi ortadi, atom yadrolari ulushi esa kamayadi. Ichki qobiq qalinligi bir necha kilometrga yetishi mumkin.
Tashqi yadro neytronlardan va oz miqdordagi (bir necha foiz) proton hamda elektronlardan iborat. Massasi kichik neytron yulduzlarida tashqi yadro yulduz markazigacha davom etishi mumkin.
Massasi katta neytron yulduzlarida ichki yadro ham bo‘ladi. Uning radiusi bir necha kilometrga yetishi, markazidagi zichlik esa atom yadrolari zichligidan 10—15 baravar yuqori bo‘lishi mumkin. Ichki yadroning tarkibi va moddasining holat tenglamasi ishonchli ma’lum emas. Bir qancha farazlar mavjud bo‘lib, ulardan eng ehtimoliy uchtasi: 1) kvarklardan iborat yadro bo‘lib, unda neytronlar o‘z tarkibidagi yuqori va quyi kvarklarga parchalanadi; 2) giperonlardan iborat yadro, ya’ni g‘alati kvarklarni ham o‘z ichiga olgan barionlardan tuzilgan yadro; 3) kaonlardan iborat yadro bo‘lib, u g‘alati (anti)kvarklar qatnashgan ikki kvarkli mezonlardan tuzilgan. Biroq hozircha bu farazlarning hech birini tasdiqlash yoki rad etish imkoni yo‘q.
Neytron yulduzlarining sovishi
Neytron yulduzi o‘ta yangi yulduz portlashi natijasida paydo bo‘lgan paytda uning harorati juda yuqori — taxminan 1011 K (ya’ni Quyosh markazidagi haroratdan 4 tartibga yuqori) bo‘ladi, ammo neytrino orqali sovish tufayli tez pasayadi. Atigi bir necha daqiqada harorat 1011 dan 109 K gacha, bir oyda esa 108 K gacha tushadi. Keyin neytrino nurlanishining yorqinligi keskin kamayadi (u haroratga juda kuchli bog‘liq), shuning uchun sovish sirtning foton (issiqlik) nurlanishi hisobiga ancha sekin davom etadi. Sirti harorati o‘lchangan ma’lum neytron yulduzlarida bu qiymat taxminan 105—106 K (garchi yadro ancha issiqroq bo‘lsa kerak). Neytron yulduzlari to‘liq sovishi uchun 1016 dan 1022 yilgacha vaqt kerak bo‘ladi.
Kashf etilish tarixi
Neytron yulduzlari kuzatuvchilar ularni kashf etishidan oldin nazariy jihatdan bashorat qilingan kam sonli osmon jismlari sinflaridan biridir.
Zichligi juda yuqori yulduzlar mavjud bo‘lishi haqidagi fikrni neytron Chedvik tomonidan 1932-yil fevral boshida kashf etilishidan avval mashhur sovet olimi Lev Landau ilgari surgan. U o‘zining «Yulduzlar nazariyasiga doir» 1931-yil fevralda yozilgan, ammo noma’lum sabablarga ko‘ra bir yildan ko‘proq kechikib, faqat 29-fevral 1932-yilda chop etilgan maqolasida shunday yozadi: «Biz bularning barchasi [kvant mexanikasi qonunlarining buzilishi] modda zichligi shu qadar ortib, atom yadrolari bir-biriga zich tegib, bitta ulkan yadro hosil qilganda yuzaga chiqishini kutamiz».
Dekabr oyida, 1933-yilda Amerika fizika jamiyatining qurultoyida (15—16-dekabr 1933-yil) astronomlar Valter Baade va Frits Svikki neytron yulduzlari mavjudligini birinchi bo‘lib qat’iy bashorat qildi. Xususan, ular neytron yulduzi o‘ta yangi yulduz portlashi natijasida hosil bo‘lishi mumkinligini asosli ravishda taxmin qildi. Nazariy hisob-kitoblar neytron yulduzining optik diapazondagi nurlanishi o‘sha davr optik astronomik asboblari bilan aniqlash uchun juda kuchsiz ekanini ko‘rsatdi.
Neytron yulduzlariga qiziqish 1960-yillarda rentgen astronomiyasi rivojlana boshlaganida kuchaydi. Nazariyaga ko‘ra, ularning issiqlik nurlanishi yumshoq rentgen nurlari diapazonida eng kuchli bo‘lishi kerak edi. Ammo ular kutilmaganda radioastronomik kuzatuvlarda kashf etildi. 1967-yilda Joselin Bell, E. Hyuishning aspiranti, muntazam radioimpulslar tarqatadigan jismlarni aniqladi. Bu kashfiyot 1968-yil fevralda e’lon qilindi. Ko‘p o‘tmay bu jismlar pulsarlar deb atala boshlandi. 1968-yil may oyidayoq T. Gold ularning impulsli nurlanishini tez aylanayotgan osmon jismidan chiqayotgan radio nurning tor yo‘nalganligi bilan izohladi. Bu o‘ziga xos «kosmik radiomayoq» edi. Oddiy yulduz bunday yuqori aylanish tezligida markazdan qochma kuchlar ta’sirida parchalanib ketgan bo‘lardi. Shuning uchun T. Gold pulsarlar neytron yulduzlari degan xulosaga keldi. PSR B1919+21 birinchi kashf etilgan neytron yulduzi hisoblanadi.
O‘sha 1967-yili, pulsarlar kashf etilishidan avval, Scorpius X-1 nurlanish manbasining optik va rentgen diapazonidagi kuzatuvlarini tahlil qilib, I. S. Shklovskiy nurlanish neytron yulduziga moddaning akkretsiyasi hisobiga yuzaga keladi, degan to‘g‘ri xulosaga keldi. Ammo bu kashfiyot o‘sha vaqtda umumiy e’tirof etilmadi va faqat 10 yil o‘tib tasdiqlandi.
Neytron yulduzlarining tasnifi
Neytron yulduzining atrofidagi modda bilan o‘zaro ta’sirini, shuningdek, uning kuzatiladigan xususiyatlarini ikkita asosiy omil belgilaydi: aylanish davri (tezligi) va magnit maydon kuchi. Vaqt o‘tishi bilan yulduz aylanish energiyasini sarflaydi va aylanishi sekinlashadi. Magnit maydoni ham zaiflashadi. Shu sababli neytron yulduzi umri davomida bir turdan boshqasiga o‘tishi mumkin. Quyida V. M. Lipunov monografiyasiga muvofiq neytron yulduzlari aylanish tezligi kamayish tartibida nomlangan. Pulsar magnitosferalari nazariyasi hali rivojlanish bosqichida bo‘lgani sababli muqobil nazariy modellar ham mavjud (so‘nggi sharh va undagi havolalarga qarang).
Ejektor (radiopulsar)
Kuchli magnit maydon va qisqa aylanish davri. Magnitosferaning eng oddiy modelida magnit maydon qattiq jism singari, ya’ni neytron yulduzining o‘zi bilan bir xil burchak tezligida aylanadi. Ma’lum bir radiusda maydonning chiziqli aylanish tezligi yorug‘lik tezligiga yaqinlashadi. Bu radius «yorug‘lik silindri radiusi» deyiladi. Undan tashqarida odatdagi dipol magnit maydon mavjud bo‘lolmaydi, shu bois bu joyda maydon kuch chiziqlari uziladi. Magnit maydon kuch chiziqlari bo‘ylab harakatlanadigan zaryadlangan zarrachalar shunday uzilishlardan neytron yulduzini tark etib, yulduzlararo fazoga uchib ketishi mumkin. Bu turdagi neytron yulduzi relyativistik zaryadlangan zarrachalarni «ejeksiya qiladi» ( inglizcha eject — «otib chiqarish, itarib yuborish»), ular radio diapazonida nurlanadi. Ejektorlar radiopulsarlar.
«Propeller»
Bunday yulduzlarda aylanish tezligi zarrachalarni chiqarib yuborishga yetmaydi, shu sababli ular radiopulsar bo‘la olmaydi. Ammo aylanish hali ham tez bo‘lib, neytron yulduzi atrofidagi magnit maydon tutib qolgan modda uning sirtiga tusha olmaydi, ya’ni moddaning akkretsiyasi sodir bo‘lmaydi. Bu turdagi neytron yulduzlarini kuzatish deyarli mumkin emas, ular kam o‘rganilgan.
Akkretor (rentgen pulsari)
Aylanish tezligi shunchalik kamayadiki, endi moddaning neytron yulduziga tushishiga hech narsa to‘sqinlik qilmaydi. Plazma holatidagi modda tushayotganida magnit maydon kuch chiziqlari bo‘ylab harakatlanadi va neytron yulduzining qutblari yaqinida uning sirtiga urilib, o‘nlab million kelvingacha qiziydi. Shunday yuqori haroratgacha qizigan modda yumshoq rentgen nurlari diapazonida kuchli nurlanadi. Tushayotgan modda neytron yulduzi sirtiga uriladigan hudud juda kichik — atigi 100 metr atrofida. Yulduz aylanishi tufayli bu issiq nuqta vaqti-vaqti bilan yulduz tanasi ortida yashirinadi, shuning uchun muntazam rentgen nurlanishi impulslari kuzatiladi. Bunday jismlar rentgen pulsarlari.
Georotator
Bunday neytron yulduzlarining aylanish tezligi past bo‘lib, akkretsiyaga to‘sqinlik qilmaydi. Ammo magnitosferaning o‘lchamlari shundayki, plazma gravitatsiya ta’sirida tortilishidan avval magnit maydon tomonidan to‘xtatiladi. Shunga o‘xshash mexanizm Yer magnitosferasida ham ishlaydi, shu bois bu turdagi neytron yulduzlari shunday nomlangan.
Ergo-yulduz
Nazariy jihatdan mavjud bo‘lishi mumkin bo‘lgan, ergosferaga ega neytron yulduzining barqaror turi. Ehtimol, ergo-yulduzlar neytron yulduzlari qo‘shilishi natijasida yuzaga keladi.
Adabiyotlar
- Shapiro S. L., Tyukolski S. A. Qora tuynuklar, oq mitti yulduzlar va neytron yulduzlari / Ingliz tilidan Ya. A. Smorodinskiy tahriri ostida tarjima qilingan. — M.: Mir, 1985. — J. 1—2. — 656 b.
- Popov S. B., Proxorov M. Ye. Yakka neytron yulduzlari astrofizikasi: radiojim neytron yulduzlari va magnetarlar. — Moskva davlat universiteti Shternberg davlat astronomiya instituti, 2002.
- Haensel P., Potekhin A. Y., Yakovlev D. G. Neytron yulduzlari. — Nyu-York: Springer, 2007. — J. 1. — 619 b. — ISBN 978-0-387-33543-8.
- Yakovlev D. G., Levenfish K. P., Shibanov Yu. A. Neytron yulduzlarining sovishi va ularning yadrolaridagi o‘ta oquvchanlik // Fizika fanlari yutuqlari. — Rossiya Fanlar akademiyasi, 1999. — J. 169, № 8. — B. 825—868. — doi:10.3367/UFNr.0169.199908a.0825.
- Potexin A. Yu. Neytron yulduzlari fizikasi // Fizika fanlari yutuqlari. — Rossiya Fanlar akademiyasi, 2010. — J. 180. — B. 1279—1304.
- Kokkede Ya. Kvarklar nazariyasi. — M.: Mir, 1971. — B. 27. — 341 b.
- Popov S. B. Superjismlar. Shahar kattaligidagi yulduzlar. — M.: Litagent «Alpina», 2016.
- Lipunov V. M. Neytron yulduzlari astrofizikasi. — M.: Russkiy mir, 2015. — 304 b. — ISBN 978-5-89577-196-9.
Havolalar
- ASTROFIZIKA: KUZATILGAN PULSARLAR HAQIDA. scienceweek.com. Murojaat qilingan sana: 6-avgust 2004-yil. Arxivlangan 24-aprel 2022-yil.
- Norman K. Glendenning; R. Kippenhahn; I. Appenzeller; G. Borner; M. Harwit. Ixcham yulduzlar. — 2-nashr. — 2000.
- Kaaret; Prieskorn; in 't Zand; Brandt; Lund; Mereghetti; Gotz; Kuulkers; Tomsick. 1122 Hz chastotali rentgen chaqnashi tebranishlariga dalillar: neytron yulduzli rentgen o‘tkinchi manbasi XTE J1739-285 (ingl.) // The Astrophysical Journal : jurnal. — IOP Publishing, 2006. — J. 657, № 2. — B. L97. — doi:10.1086/513270. — Bibcode:2007ApJ...657L..97K. — arXiv:astro-ph/0611716.
- Hessels, Jason W. T; Ransom, Scott M; Stairs, Ingrid H; Freire, Paulo C. C; Kaspi, Victoria M; Camilo, Fernando. Bakalavriat talabalari uchun neytron yulduzlari (ingl.) // American Journal of Physics : jurnal. — 2003. — J. 72, № 2004. — B. 892—905. — doi:10.1119/1.1703544. — Bibcode:2004AmJPh..72..892S. — arXiv:nucl-th/0309041.
- Silbar, Richard R; Reddy, Sanjay. Tuzatish: «Bakalavriat talabalari uchun neytron yulduzlari» [Am. J. Phys. 72 (7), 892–905 (2004)] (ingl.) // American Journal of Physics : jurnal. — 2005. — J. 73, № 3. — B. 286. — doi:10.1119/1.1852544. — Bibcode:2005AmJPh..73..286S. — arXiv:nucl-th/0309041.
