Apa tujuan akhir bintang neutron?

Seperti yang saya pahami, bintang-bintang neutron terlahir sebagai inti yang sangat cepat, sangat cepat dari bintang-bintang yang mati dalam supernova. Namun, beberapa situs web memberi tahu saya bahwa dalam beberapa tahun saja, suhu permukaan bintang neutron turun dari beberapa triliun kelvin menjadi hanya beberapa juta kelvin. Selanjutnya, dengan berlalunya waktu, kecepatan pemintalan bintang neutron juga menurun secara signifikan.

Ini menimbulkan pertanyaan: apa tujuan akhir bintang neutron? Apakah selalu tetap begitu magnetis, panas, dan berputar cepat atau apakah ia terus merosot menjadi beberapa bentuk inti bintang yang dingin dan sangat padat dengan medan magnet yang jauh lebih lemah atau melakukan beberapa fitur-fiturnya (khususnya kekuatan medan magnet dan putaran) tetap di tingkat yang lebih tinggi selamanya (atau setidaknya beberapa ratus miliar tahun)?

Ini menimbulkan pertanyaan: apa tujuan akhir bintang neutron?

Bintang-bintang neutron tidak bisa tetap panas selamanya. Bintang neutron keren karena mereka memancar. (Ini disebut pendinginan radiasional.) Kecuali untuk medan gravitasinya yang mendistorsi ruangwaktu di sekitar bintang neutron, sebagian besar bintang neutron yang hilang perlahan-lahan menghilang seiring berjalannya waktu, dan pada dasarnya menjadi tidak terlihat. Salah satu cara untuk mendeteksi bintang-bintang neutron yang dingin itu adalah dengan mengamati pelensaan gravitasi bintang-bintang di belakangnya.

Berkenaan dengan medan magnet dan rotasi, mereka juga jatuh seiring waktu. Rotasi bintang neutron adalah yang menciptakan medan magnet, tetapi medan magnet ini menguras laju rotasi.

Nasib alternatif bagi bintang-bintang neutron adalah mengalami keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam. Ini dapat terjadi dalam beberapa cara. Sebuah bintang neutron masif dapat mengalami keruntuhan akibat laju rotasi yang melambat. Rotasi cepat awal mencegah keruntuhan gravitasi, tetapi itu tidak lagi berfungsi ketika laju rotasi bintang neutron turun.

Beberapa bintang neutron tidak terisolasi. Mereka bukan anggota sistem bintang ganda. Bintang neutron dapat menarik materi dari bintang mitra dan akhirnya menjadi cukup besar untuk mengalami keruntuhan. Akhirnya, beberapa bintang neutron mengorbit satu sama lain dengan erat. Penemuan ini, biner Hulse-Taylor, membawa pada Hadiah Nobel 1993 dalam bidang fisika. Bintang-bintang neutron yang mengorbit dekat itu memancarkan gelombang gravitasi, sehingga menyebabkan orbitnya membusuk. Bintang-bintang neutron itu akhirnya bertabrakan, sekali lagi menghasilkan keruntuhan gravitasi.

Bintang neutron memiliki kapasitas panas yang sangat kecil. Itu karena mereka sebagian besar terdiri dari fermion yang merosot dan kapasitas panas lebih lanjut ditekan jika, seperti yang diharapkan, fermion tersebut berada dalam keadaan superfluid.

Ini memiliki (setidaknya) dua konsekuensi:

(a) proses pendinginan sangat cepat - proses emisi neutrino sangat efektif, pada awalnya $10^5$ tahun atau lebih dari kehidupan bintang neutron, pada mengurangi suhu interiornya menjadi beberapa $10^7$ K dan suhu permukaan sampai $<10^6$ K. Setelah itu, proses pendinginan yang dominan adalah foton yang dipancarkan dari permukaan ($\propto T^4$) dan bintang neutron dengan cepat memudar dari pandangan sesudahnya.

(B) Namun, kapasitas panas rendah juga berarti bahwa mudah untuk menjaga bintang neutron panas jika Anda memiliki cara menambahkan energi ke dalamnya - seperti disipasi kental rotasi oleh gesekan, pertambahan dari media antarbintang atau pemanasan ohmik oleh Medan magnet.

Tidak ada permukaan bintang neutron terisolasi yang diukur dengan suhu jauh di bawah ini $10^6$K - yaitu semua bintang neutron terisolasi yang diamati berada pada usia muda. Situasi ini diringkas dalam bagian 5.7 dari Yakovlev & Pethick (2004) . Tanpa pemanasan ulang, bintang neutron akan mencapai 100 ribu hanya dalam satu miliar tahun - ini sudah benar-benar tidak terlihat. Mekanisme pemanasan ulang harus memainkan beberapa peran untuk bintang-bintang neutron yang lebih tua, tetapi seperti yang dinyatakan Yakovlev & Pethick: "Sayangnya, tidak ada data pengamatan yang dapat diandalkan tentang keadaan termal bintang-bintang tersebut yang tersedia". Kesimpulannya, tidak ada yang benar-benar tahu saat ini apa jangka panjang ($>10^6$ tahun) nasib bintang neutron dalam hal suhu mereka.

Situasi yang berkaitan dengan putaran dan medan magnet lebih aman. Tidak ada mekanisme yang sama yang tersedia untuk memutarkan bintang neutron yang terisolasi atau meregenerasi medan magnetnya. Keduanya diharapkan membusuk dengan waktu dan memang laju putaran-turun dan kekuatan medan magnet saling berhubungan erat, karena mekanisme putaran-turun adalah emisi radiasi dipol magnetik. Medan magnet meluruh melalui generasi arus yang kemudian menghilang secara ohmik (menyediakan sumber panas) atau mungkin lebih cepat melalui arus yang dihasilkan oleh efek Hall atau melalui difusi ambipolar.

Untuk radiasi dipol magnetik murni, orang memperkirakan $\dot{\Omega} \propto \Omega^3$. Untuk kekuatan medan magnet permukaan tipikal$10^8$T, pulsar berputar ke periode sekitar beberapa detik dalam waktu kurang dari satu juta tahun, di mana titik "aktivitas pulsar" dimatikan dan kita tidak dapat melihatnya lagi, kecuali mereka berada dalam sistem biner dan mengumpulkan materi secara berurutan. untuk memutar mereka lagi. Sayangnya, ada sedikit bukti pengamatan untuk mengetahui seberapa cepat medan magnet membusuk (karena kita tidak melihat bintang-bintang neutron yang terisolasi!). Peluruhan bidang-B tidak bisa sangat cepat, tentu rentang waktunya lebih panjang dari$10^5$tahun. Estimasi teoritis rentang waktu peluruhan bidang-B lebih seperti miliaran tahun. Jika teori ini benar maka bintang-bintang neutron akan terus berputar dengan sangat cepat bahkan setelah mekanisme pulsar berhenti.