Hvað eru nifteindastjörnur og hvernig uppgötvuðust þær?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvað eru nifteindastjörnur og hvernig uppgötvuðust þær?
Nifteindastjarna er leif af sprengistjörnu en þegar stjarna deyr og þeytir burt sínum ytri lögum getur leifin fallið í einn af þremur eftirfarandi flokkum:

Leif	Massi (sólmassar)	Massi móðurstjörnu
Hvítur dvergur	0,1 - 1,4 Msól	innan við 8 Msól
Nifteindastjarna	1,4 - 3 Msól	8 - 25 Msól
Svarthol	meira en 3 Msól	meira en 25 Msól

Hvers konar furðuverk er nakinn kjarni sólstjörnu sem endað hefur ævi sína? Massi móðurstjörnunnar ræður örlögunum. Hvað gerist ef meiri massa er mokað yfir á hvítan dverg þannig að markmassa Chandrasekhars er náð (1,4 M_sól)? Á fjórða áratug síðustu aldar veltu tveir vísindamenn, Svisslendingurinn Fritz Zwicky (1898-1974) og Þjóðverjinn Walter Baade (1893-1960), fyrir sér hvort svo hrikalegan þrýsting væri einhvers staðar að finna í náttúrunni að frumeindir féllu saman í kjarneindir.

Frumeindir eru að mestu tómarúm, rafeindir sem hringsóla umhverfis kjarna úr róteindum og nifteindum. Sé þjöppun efnisins nægileg getur rafeind sameinast róteind og myndað nifteind og fiseind. Nifteindir, þétt upp við hver aðra veita þrýsting sem ætti að geta haldið uppi á móti gríðarsterkum þyngdarkrafti og leyft enn eðlisþyngri hnött en hvítan dverg. Slíkir nifteindaklumpar eru kallaðir nifteindastjörnur.

Bandaríski eðlisfræðingurinn J. Robert Oppenheimer (1904-1967) og félagar reiknuðu síðar út að jafnvel nifteindirnar gætu ekki haldið uppi endalausum massa og spáðu þannig fyrir um tilvist svarthola. Vísindasamfélagið tók þessum hugmyndum ekki alvarlega og áttu menn bágt með að trúa því að slík eðlisfræðileg skrímsli fyrirfyndust í náttúrunni. Það var ekki fyrr en löngu síðar að menn þurftu að grafa upp hugmyndir þeirra Zwicky og Baade.

Uppgötvun

Árið 1967 fann ungur framhaldsnemi í stjarneðlisfræði, hin breska Jocelyn Bell (f. 1943), einkennileg útvarpsmerki utan úr geimnum. Útvarpsmerkin komu með reglulegu 1,3373011 sekúndna millibili. Ekkert þessu líkt hafði fundist áður og þegar merkin héldu áfram að berast með sama millibili svo mánuðum skipti var ljóst að þarna var eitthvað sérkennilegt á ferð. Í kjölfarið fundust fleiri uppsprettur í geimnum sem tifuðu mjög reglubundið og hlutu því nafnið tifstjörnur (e. pulsar). Hvað var það sem tifaði?

Stjörnufræðingar fóru yfir allan listann af þekktum fyrirbærum sem gætu útskýrt tifstjörnur. Einhver stakk upp á útgeislunarstrókum hvítra dverga sem snerust hratt. En vandamálið var að hvítur dvergur sem snerist heilan hring á einni sekúndu myndi rifna í sundur vegna miðflóttakrafta. Tifstjarnan sem fannst í miðri Krabbaþokunni í Nautinu með 0,033 sekúndna snúningstíma myndi tætast í sundur um leið ef um hvítan dverg væri að ræða. Hvítir dvergar voru alltof stórir til að geta snúist 30 hringi á sekúndu!

Eitthvað miklu minna og þyngra en hvítur dvergur var þarna að verki. Þekkt var að Chandrasekhar-mörkin, 1,4 M_sól er hámarksmassi hvítra dverga. Talið var að massamestu stjörnurnar næðu einhvern veginn að kasta frá sér öllum aukalegum massa sem kæmi í veg fyrir að farið væri yfir Chandrashekhar-mörkin.

Heimildir:

• Carroll, Bradley og Ostlie, Dale. 1996. An Introduction to Modern Astrophysics. Addison Wesley, New York.
• Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 7. útgáfa. W. H. Freeman, New York.
• Sigmundsson, Vilhelm S. 2007. Nútíma stjörnufræði. Vilhelm S. Sigmundsson.
• Christensen-Dalsgaard, J. 2006. Stellar Structure and Evolution, 6. útgáfa, 3. prentun.

Mynd:

• Neutron star - Wikipedia. (Sótt 20.12.2016).

---

Þetta svar er hluti af lengri umfjöllun um nifteindastjörnur á Stjörnufræðivefnum og birt með góðfúslegu leyfi. Áhugasamir eru hvattir til að kynna sér þá umfjöllun í heild sinni.

...