Neutroncsillagok

Gravitációs kollapszus során a csillagok egyre sűrűbbé válnak. A növekvő gravitáció hatására az összehúzódás egészen addig folytatódik, amíg az elektrongázban a Pauli-féle kizárási elv nyomán fellépő elfajulási nyomás azt meg nem állítja. Az így keletkező kompakt égitestek a fehér törpék, tömegük jellemzően a Napéhoz mérhető, nagyságuk a Földéhez.

Hozzávetőleg 1,4 naptömegnél ( $M_{\odot }$ ) az elektrongáz már nem képes megakadályozni a további gravitációs összehúzódást, ez a Chandrasekhar-határ. Olyan nagy sűrűségű objektumok keletkeznek, hogy az atomi szerkezetet felbomlik. Az összehúzódás azonban megáll a neutronokra is érvényes Pauli-féle kizárási elv miatt, hiszen két neutron nem lehet azonos helyen. Az így létrejövő kompakt égitestek a neutroncsillagok. Eddig mintegy 2000 neutroncsillagot figyeltek meg, a legújabbakat a NASA gamma-tartományban észlelő Fermi-űrteleszkópja segítségével (5.1 ábra).

**5.1. Ábra:** A Fermi űrteleszkóp által gammatartományban észlelt pulzárok égi térképe. [Forrás: http://www.nasaimages.org/ ]

A neutroncsillagok szupernóva-robbanások maradványainak gravitációs kollapszusa során keletkeznek. Anyaguk túlnyomóan neutronokból áll. Sugaruk jellemzően

km körül, míg tömegük

$M_{\odot }$ körül van. A neutroncsillagok tömegének elméleti felső határát a Tolman-Oppenheimer-Volkoff-határ adja, ez $2\div 3$ $M_{\odot }$ . A neutroncsillagok megfigyelésekből meghatározott legnagyobb tömege $% 2 M_{\odot }$ (PSR J1614-2230). Ennél nagyobb tömegű kompakt égitestek kvarkcsillagok lennének, de létezésüket egyelőre nem támasztja alá megfigyelés. A

$M_{\odot }$ -nál nagyobb tömegű égitestek esetén már a Pauli-féle kizárási elv sem képes meggátolni a további összehúzódást és fekete lyuk keletkezik. Ezt a folyamatot a következő alfejezetben tárgyaljuk.

A neutroncsillagok $p=K\rho ^{\left( n+1\right) /n}$ politrop állapotegyenlettel jellemezhetők, amelyben a politrop index értéke $0,5\leq n\leq 1$ . Szerkezetük bonyolult, legbelül kvark-gluon plazma található, körülötte neutronokból és protonokból álló Fermi-folyadék, a külsőbb régiókban elektronok, atomok és ionok is előfordulhatnak.

A töltött részecskék és a neutroncsillag forgásának együttes jelenléte mágneses tereket kelt. A legerősebb mágneses terű neutroncsillagokat magnetárnak nevezzük, az ismert magnetárok elhelyezkedését az égbolton az 5.2 ábra szemlélteti. A poláris szerkezetű mágneses tér sarki régióiból részecskék, majd elektromágneses sugárzás távozik (5.3 ábra). Mivel a mágneses tengely és a forgástengely nem azonos, a távozó elektromágneses sugárzás egy kúpfelszínen kígyózó spirálvonalat ír le. Amennyiben a látóirány a kúpfelszínen található, a sugárzást rendkívül szabályos pulzációként érzékeljük.

**5.2. Ábra:** Magnetárok égi térképe. [Forrás: http://www.nasaimages.org/ ]

**5.3. Ábra:** Pulzár illusztrációja. A neutroncsillagot tengelyszimmetrikus magnetoszféra veszi körül. Az elektromágneses sugárzás a mágneses tér poláris tartományából tör elő. [Forrás: http://www.nasaimages.org/ ]

A rádiótartományban észlelt szabályos felvillanásokat okozó neutroncsillagokat pulzárnak nevezik, az elsőt Jocelyn Bell fedezte fel 1967-ben, és témavezetője, Antony Hewish kapott érte fizikai Nobel-díjat 1974-ben.