Видео

Транскрипт

Нейтронные звезды — одни из самых экстремальных и опасных объектов во Вселенной.

Гигантские атомные ядра, диаметром всего в несколько километров,

но по массе равные звездам.

И они обязаны своим существованием

гибели чего-то грандиозного.

Звёзды существуют благодаря хрупкому балансу.

Масса миллионов миллиардов триллионов тонн горячей плазмы

стягивается внутрь гравитацией,

и сжимает вещество с такой силой, что атомные ядра сливаются.

Водород превращается в гелий.

Это высвобождает энергию, которая противодействует гравитации и стремится вырваться наружу.

Пока существует этот баланс, звезды достаточно стабильны.

Рано или поздно водород будет исчерпан.

Звезды средней величины, вроде нашего Солнца,

проходят через фазу гиганта, когда они превращают гелий в углерод и кислород,

прежде чем превратиться в итоге в белые карлики.

Но в тех звездах, которые многократно массивнее нашего Солнца,

после исчерпания запасов гелия происходят более интересные вещи.

На мгновение баланс давления и излучения нарушается,

и гравитация побеждает, сжимая звезду плотнее, чем прежде.

Ядро начинает гореть быстрее и сильнее,

тогда как внешние слои звезды раздуваются в сотни раз,

синтезируя все более и более тяжелые элементы.

Углерод превращается в неон за сотни лет,

неон в кислород — за год,

кислород в кремний — за месяцы,

а кремний в железо — за день.

А потом…

…смерть.

Железо — это ядерный пепел.

Оно не может высвобождать энергию дальнейшим синтезом.

Синтез внезапно останавливается, и баланс нарушается.

Без внутреннего давления от термоядерного синтеза,

ядро сдавливается чудовищным весом внешних слоев звезды.

То, что происходит при этом, прекрасно и пугающе.

Такие частицы, как электроны и протоны, очень не хотят находиться рядом друг с другом.

Однако давление коллапсирующей звезды настолько велико,

что электроны и протоны сливаются в нейтроны,

которые потом сжимаются вместе так же плотно, как в атомном ядре.

Железный шар размером с Землю

сжимается в шар размером с город, состоящий из чистой нейтронной материи.

Но не только ядро — вся звезда схлопывается.

Гравитация вдавливает внешние слои внутрь со скоростью в четверть от скорости света.

Этот направленный внутрь взрыв отражается от железного ядра

и создает ударную волну, взрывающуюся наружу

и выбрасывающую остатки звезды в космос.

Это то, что мы называем взрывом сверхновой,

и его сияние затмевает целые галактики.

То, что остается от звезды, называется нейтронной звездой.

Ее масса составляет около миллиона масс Земли,

но сжата в объект размером примерно 25 километров

Она настолько плотная, что масса всех живущих людей

помещается в 1 кубический сантиметр вещества нейтронной звезды.

Это примерно миллиард тонн в пространстве размером с кубик сахара.

Другими словами, это гора Эверест в чашке кофе.

Наблюдаемые извне свойства нейтронной звезды невероятно экстремальны.

Ее гравитация вторая по силе после черных дыр,

и, будь нейтронная звезда чуть плотнее, именно в черную дыру она бы и превратилась.

Свет изгибается в пространстве вокруг звезды, и мы видим не только ее переднюю, но и часть задней полусферы.

Температура поверхности достигает миллиона градусов Цельсия,

в сравнении с ничтожными 6000 градусами Цельсия нашего Солнца.

Хорошо, давайте заглянем внутрь нейтронной звезды.

Хотя эти огромные атомные ядра — звезды,

во многом они похожи на планеты

с твердой корой над жидким ядром.

Кора очень горяча.

Внешние слои коры состоят из железа, оставшегося от сверхновой,

сжатого в кристаллическую решётку

с “морем” электронов, блуждающих между слоями.

По мере продвижения вглубь звезды гравитация сжимает ядра все ближе друг к другу.

Мы находим все меньше и меньше протонов,

ведь большинство из них превращается в нейтроны.

До тех пор, пока не достигаем основания коры.

Здесь ядра сжаты так сильно, что они начинают соприкасаться [фаза “ньокки”].

Протоны и нейтроны перестраиваются,

образуя длинные цилиндры или “листы” —

огромные ядра с миллионами протонов и нейтронов

в форме спагетти и лазаньи,

которые физики называют “ядерной пастой”.

“Ядерная паста” настолько плотная,

что, возможно, является самым прочным материалом во Вселенной, —

по сути, неразрушимым.

Комочки “пасты” внутри нейтронной звезды могут формировать “горы” —

высотой максимум несколько сантиметров,

но во много раз тяжелее, чем Гималаи.

В конце концов под “ядерной пастой” мы находим ядро.

Мы не знаем точно, какими свойствами обладает материя,

когда она сжата так сильно.

Протоны и нейтроны могут распадаться на “океан” из кварков —

так называемую кварк-глюонную плазму.

Некоторые из этих кварков могут превращаться в странные кварки,

образующие странную материю,

обладающую настолько необычными свойствами, что мы посвятили ей отдельное видео.

Или, возможно, они просто остаются протонами и нейтронами.

Никто точно не знает, и именно поэтому мы занимаемся наукой.

Это все довольно тяжелые материалы

(в буквальном смысле этого слова),

поэтому давайте вернемся обратно в космос.

Когда нейтронные звезды коллапсируют в первый раз,

они начинают вращаться очень-очень быстро, как балерина, прижимающая руки к телу.

Нейтронные звезды — это небесные балерины,

вращающиеся с частотой во много оборотов за секунду.

Это создает импульсы, потому что их магнитное поле

создает лучи радиоволн с каждым оборотом.

Таких радиопульсаров — наиболее изученного типа нейтронных звезд —

известно в Млечном Пути около 2000.

Их магнитные поля — сильнейшие во Вселенной:

в квадриллионы раз сильнее магнитного поля Земли, когда они только рождаются.

Магнетары — так называют такие нейтронные звезды до тех пор, пока они немного не успокоятся.

Но самый замечательный тип нейтронных звезд —

это нейтронные звезды, входящие в двойные системы.

По мере излучения энергии в виде гравитационных волн в пространство-время

их орбиты могут сближаться, и они могут столкнуться и убить друг друга

во взрыве килоновой, сопровождающемся выбросом их внутреннего содержимого.

Когда это происходит, условия становятся настолько экстремальными,

что на мгновение снова образуются условия для синтеза тяжелых ядер.

На этот раз это не слияние ядер друг с другом;

вместо этого тяжелая, богатая нейтронами материя распадается и пересобирается заново.

Только совсем недавно мы узнали, что это, возможно,

источник происхождения большинства тяжелых элементов во Вселенной,

таких как золото, уран и платина и многих других (гольмий, висмут, иридий).

Две нейтронных звезды коллапсируют и становятся черной дырой,

умирая еще один раз.

Чтобы создать элементы, две звезды должны не просто умереть —

они должны умереть дважды.

Миллионы лет эти атомы будут разлетаться по галактике,

но некоторые из них закончат свой путь в облаке,

которое будет сжато вместе гравитацией, образуя звезды и планеты,

и цикл повторится.

Наша Солнечная система — это один из примеров [такого цикла],

и остатки нейтронных звёзд, что были до нас, теперь повсюду вокруг нас.

Весь наш современный технологичный мир

построен из элементов, созданных нейтронными звездами в далеком прошлом,

отправленных в путешествие длиной в 13 миллиардов лет,

чтобы собраться вместе и создать нас и наш мир.

И это довольно круто.

А пока мы можем посмотреть на все это на бумаге.

На подходе календарь космической эры человечества за 12020 год.

Вы можете заказать его, пока мы не распродали все экземпляры,

потом такой возможности уже не будет.

Посетите облачные города Венеры,

сборочные линии роя Дайсона на Меркурии

и выйдите за границы нашей Солнечной системы.

Доставка в первую очередь производится из США

и из стран Евросоюза, но мы осуществляем доставку в любую страну мира.

Вы также можете получить плюшевую игрушку, худи или постер.

У нас есть для вас кое-какие отличные предложения.

Закажите эти товары на Рождество для своих друзей, семей и детей

или чтобы отвлечься от того факта,

что в обозримой Вселенной существует 100 миллиардов миллиардов землеподобных планет в обитаемой зоне солнцеподобных звезд…

…и вы никогда не посетите ни одну из них.

В последние несколько лет мы распродавали все подчистую,

так что без спешки, но часики тикают.

Купить товары в нашем магазине — один из лучших способов поддержать Kurzgesagt.

Благодаря вам мы можем сохранить этот канал бесплатным для всех

и сделать больше замечательных вещей.

Счастливого межзвездного 12020 года.