Las estrellas de neutrones se crean en una explosión de supernova de una estrella muy masiva. La explosión comprime el núcleo de la estrella que se convierte en la estrella de neutrones y las capas externas de la estrella se expulsan para formar una nebulosa. Las estrellas de neutrones solo tienen un diámetro de [matemáticas] 20-25 \ km [/ matemáticas] ([matemáticas] 12-15 [/ matemáticas]) y están a muchos años luz de distancia, por lo que no hay forma de que podamos ver visualmente la superficie de la estrella de neutrones incluso con nuestro telescopio más potente. Sin embargo, usando telescopios, podemos ver la nebulosa formada por la explosión de supernova que creó la estrella de neutrones. Las únicas estrellas de neutrones que podemos detectar “directamente” son estrellas de neutrones rotativos que tienen un fuerte campo magnético. Estas estrellas de neutrones emitirán ondas de radio generadas en la nebulosa ionizada causadas por la estrella de neutrones en rotación.
Estrella de neutrones / Nebulosa de supernova
Por ejemplo, aquí hay una vista de la Nebulosa del Cangrejo vista por el Telescopio Espacial Hubble:
- Distribución de materia oscura y redes neuronales: ¿hay alguna relación conocida?
- ¿Qué fuerza está impidiendo que una estrella sea tragada hacia una estrella de neutrones o un agujero negro?
- ¿Cuál es su propia teoría sobre lo que se encuentra más allá del borde del universo?
- ¿Cuáles son las propiedades de la materia oscura?
- ¿Qué crees que estaba sucediendo en un universo paralelo durante el período de Mahabharat y Ramayan?
(foto de Wikipedia: Nebulosa del cangrejo)
La Nebulosa del Cangrejo es el remanente de una explosión de supernova en [matemáticas] 1054 \ CE [/ matemáticas]. Esta “nueva” estrella habría sido muy visible para todo el mundo, (habría sido visible durante el día durante [matemáticas] 23 [/ matemáticas] días y visible durante la noche durante [matemáticas] 653 [/ matemáticas] días), pero solo los astrónomos chinos registraron su observación. Hoy esta nebulosa tiene aproximadamente [matemáticas] 11 [/ matemáticas] años luz de diámetro y está a una distancia de aproximadamente [matemáticas] 6.500 [/ matemáticas] años luz de nosotros. Esto significa que durante los años [matemáticos] 961 [/ matemáticos] en que la nebulosa se ha expandido, se estaba moviendo a una velocidad promedio de aproximadamente [matemática] 1 \% [/ matemática] de la velocidad de la luz (actualmente se está expandiendo a aproximadamente [matemáticas] 0.5 \% [/ matemáticas] de la velocidad de la luz).
Sin embargo, la estrella de neutrones de la Nebulosa del Cangrejo solo sería de [matemática] 20 [/ matemática] a [matemática] 25 \ km [/ matemática] ([matemática] 12 [/ matemática] a [matemática] 15 \ millas [/ matemática]) en diámetro. Para tener una idea de cuán pequeño es, imagine que un humano [matemático] de 6 [/ matemáticas] de alto ([matemático] 1.8 \ m [/ matemático]) está a una distancia de aproximadamente [matemático] 2/3 [/ matemáticas] de milla ([matemáticas] 1 \ km [/ matemáticas]) lejos de usted. Ese humano a esa distancia comprenderá el mismo ángulo que la Nebulosa del Cangrejo subraya para nosotros. ¡En esa misma escala, la estrella de neutrones solo tendría aproximadamente [matemáticas] 1 \% [/ matemáticas] del tamaño de un átomo en la hebilla del cinturón de ese humano! Así que puedes ver que no hay posibilidad de que podamos imaginar esa (o casi cualquier otra) estrella de neutrones.
Ver la superficie de la estrella de neutrones
Como nunca podemos ver realmente la superficie de una estrella de neutrones, lo mejor que podemos hacer es utilizar la física para calcular cómo se vería si pudiéramos verla. ¡El primer hecho interesante es que la gravedad muy fuerte cerca de la superficie de la estrella de neutrones tendrá algunos efectos ópticos interesantes! Por ejemplo, cuando miramos algún objeto esférico como el Sol o un planeta, solo podemos ver muy poco menos de la mitad del objeto en un momento dado. A medida que gira, podremos ver más de la superficie a medida que gira a la vista, pero solo podemos ver la mitad de la superficie a la vez.
Resulta que para una estrella de neutrones, la gravedad es tan intensa que la luz emitida en la superficie que viaja en ángulo se doblará tanto que realmente podemos ver significativamente más de la mitad de la superficie en un momento dado, en otras palabras que estamos viendo más allá del “horizonte”. Para mostrar este efecto, aquí hay una imagen del artículo Wikipedia de Neutron Star:
¡Tenga en cuenta que podemos ver tanto la capa polar norte como la capa polar sur al mismo tiempo! ¡Cada uno de los “cuadrados” oscuros o celestes cerca del ecuador tiene aproximadamente 30 grados de latitud o longitud y podemos ver casi 10 de esos cuadrados! Eso significa que podemos ver en algún lugar cercano a [matemáticas] 10 \ veces 30 = 300 \ grados [/ matemáticas] de la superficie. En otras palabras, ¡podemos ver la mayor parte de la superficie de la estrella de neutrones de un solo vistazo!
Estructura estelar de neutrones
Según Wikipedia, (estrella de neutrones) la estructura de una estrella de neutrones sería la siguiente desde el núcleo:
- El núcleo interno (hasta [matemáticas] 3 \ km [/ matemáticas] de grosor) podría ser un plasma de quark gluon.
- El núcleo externo (aproximadamente [matemáticas] 9 \ km [/ matemáticas] de grosor) podría ser un líquido Fermi de neutrones-protones con un pequeño porcentaje de electrones como gas Fermi.
- La corteza interna (aproximadamente [matemáticas] 1-2 \ km [/ matemáticas] de espesor) podría contener electrones, neutrones y núcleos.
- La corteza externa (0.3 \ km a [matemáticas] 0.5 \ km [/ matemáticas]) podría ser iones y electrones.
Aquí hay una imagen que muestra esas 4 regiones:
La parte más densa de la estrella de neutrones estaría en el núcleo interno. De acuerdo con Wikipedia:
La densidad de la estrella de neutrones varía desde abajo [matemática] 1 \ veces 10 ^ 9 kg / m ^ 3 [/ matemática] en la corteza, aumentando con la profundidad, hasta arriba [matemática] 6 \ veces 10 ^ {17} [/ matemática] o [matemáticas] 8 \ veces 10 ^ {17} kg / m ^ 3 [/ matemáticas] más adentro (mucho más denso que un núcleo atómico).
Una caja de fósforos de tamaño normal que contenga material de estrellas de neutrones tendría una masa de aproximadamente 5 billones de toneladas o [matemáticas] 1000 \ km ^ 3 [/ matemáticas] de roca de la Tierra
Tenga en cuenta que incluso esa corteza de “baja” densidad es aproximadamente 89,000 veces más densa que el plomo.
La corteza estelar de neutrones
La estrella de neutrones típica tiene una temperatura superficial de alrededor [matemática] 6 \ veces 10 ^ 5 K. [/ matemática] A esta temperatura, la estrella de neutrones emitiría principalmente rayos X. Tenga en cuenta que esta temperatura es más de 10 veces más alta que la temperatura de estrella normal más caliente.
De acuerdo con este excelente artículo [matemático] de 200 [/ matemáticas] sobre arXiv, “ Física de las costras estelares de neutrones “ de Nicolas Chamel y Pawel Haensel , la estructura de la corteza estelar de neutrones tiene estas diferentes regiones:
y en diferentes entornos habría este tipo de superficies reales:
Según un artículo publicado en New Scientist, ¡la corteza de la estrella de neutrones es 10 mil millones de veces más fuerte que el acero! Una imagen en ese artículo da la impresión de este artista de cómo se vería una estrella de neutrones (si pudieras ver en los rayos X):
Otro artículo del New Scientist dice que ‘Starquakes’ en una estrella de neutrones revela su campo magnético muy poderoso. Estas estrellas de neutrones con los campos magnéticos más potentes se denominan “magnetar”. Estos magnetares tienen el campo magnético más fuerte del universo (hasta donde sabemos). Nuevamente, este artículo tiene una impresión de artista de un magnetar:
Las impresiones de estos dos artistas son probablemente lo mejor que podemos hacer para “visualizar” con precisión una estrella de neutrones, pero definitivamente debemos tomarlas con un “grano de sal”. Por ejemplo, la persona que creó estas visualizaciones no se dio cuenta de que podríamos ver ambas capas polares en su totalidad, por lo que tendrá que volver a consultar la primera imagen en esta respuesta e imaginar las impresiones de estos dos artistas dibujadas de manera adecuada.
