Neutronová hvězda je velmi malá a hustá hvězda složená téměř výhradně z neutronů. Typické neutronové hvězdy mají poloměr přibližně 11–11,5 km a jejich hmotnost je často kolem 1,4 až ~2krát hmotnosti Slunce. Jsou to jedny z nejmenších a nejhustších známých objektů ve vesmíru, vzniklé jako pozůstatek obrovské hvězdy, která explodovala jako supernova.

Vznik a složení

Po vyčerpání paliva v jádře masivní hvězdy dojde ke kolapsu jádra a následné supernově. Při kolapsu jsou protony a elektrony v obrovském tlaku přeměněny na neutrony, takže zbylý objekt je tvořen převážně neutrálními neutrony. Struktura neutronové hvězdy bývá složitá: tenká atmosféra a pevná kůra z atomových jáder, pod ní exotické vrstvy s volnými neutrony a v hloubce možná superfluidní neutronové jádro, hyperony nebo dokonce kvarková hmota — přesné složení závisí na ne zcela prozkoumaném „rovnovážném stavu“ hmoty při extrémních hustotách (tzv. equation of state).

Hustota, hmotnost a gravitační pole

Hustota neutronové hvězdy je srovnatelná s hustotou jádra atomu. Pro představu: celou hmotnost našeho Slunce (průměr ~ 1 392 000 km) by bylo možné stlačit do koule o průměru desítek kilometrů; mnohem názornější je, že jedna čajová lžička hmoty z neutronové hvězdy by vážila přibližně 6 miliard tun. Gravitační pole na povrchu je extrémní — řádově asi 2×1011krát silnější než na Zemi.

Magnetické pole a teplota

Magnetické pole neutronových hvězd může být obrovské: běžné hodnoty jsou v řádu 108 až 1015krát silnější než magnetické pole Země. U nejsilnějších exemplářů, tzv. magnetarů, může magnetické pole vyvolávat rentgenové a gama záblesky. Povrchová teplota přesahuje stovky tisíc až miliony kelvinů; u pozorovatelných neutronových hvězd se často uvádí řád ~600 000 K (povrchová záření může být silné především v rentgenové oblasti).

Otáčení a typy

Neutronové hvězdy se mohou otáčet velmi rychle — periody rotace se pohybují od milisekund (≈0,001 s u tzv. milisekundových pulsarů) až po desítky sekund. Rychlá rotace společně s intenzivním magnetickým polem vytváří paprsky elektromagnetického záření, které při pravidelném průchodu směrem k Zemi vnímáme jako pulzy: tyto objekty nazýváme pulsary. Mezi hlavní typy patří:

  • Pulsary: rotující neutronové hvězdy vysílající pravidelné rádiové (a často i rentgenové/optické) pulzy.
  • Magnetary: neutronové hvězdy s extrémně silným magnetickým polem, které mohou produkovat silné rentgenové a gama výboje.
  • Binární pulsary: neutronové hvězdy v systému s jinou hvězdou (bílým trpaslíkem, hvězdou hlavní posloupnosti nebo dalším neutronem), kde dochází k akreci, přenosu hmoty a dalším fenoménům.

Pozorování a význam

Neutronové hvězdy pozorujeme různými způsoby: rádiové pulsace, rentgenové a gama záření, a od roku 2017 také pomocí gravitačních vln (spojení dvou neutronových hvězd — událost GW170817) doprovázené elektromagnetickým „kilonovovým“ zábleskem, který vyrobil těžké prvky (r-process). Studium neutronových hvězd nám pomáhá zkoumat chování hmoty při nejvyšších hustotách, vlastnosti jaderné fyziky a mechanismy vzniku těžkých prvků ve vesmíru.

Limity a chladnutí

Maximální hmotnost neutronové hvězdy není přesně známa a závisí na předpokladech o vnitřní struktuře (rovnovážný stav hmoty). Teoretické odhady (Tolman–Oppenheimer–Volkoff limit) udávají hranici zhruba mezi 2 až 3 hmotnostmi Slunce; nad tímto limitem by objekt zhroutil do černé díry. Po vzniku neutronová hvězda chladne především vyzařováním neutrin a později elektromagnetickým zářením; proces chladnutí a vnitřní superfluidní vlastnosti jsou předmětem intenzivního výzkumu.

Neutronové hvězdy představují extrémní laboratoř pro fyziku: spojují astrofyziku, jadernou fyziku a relativistickou gravitaci a jejich studium odhaluje vlastnosti hmoty a sil, které nelze zkoumat v pozemských podmínkách.