ดาวนิวตรอน
ปี ค.ศ.1024 นักปราชญ์ชาวจีนได้บันทึกว่า ที่ตำแหน่งกลุ่มดาววัว มีดาวสว่างเกิดขึ้นมองเห็นได้แม้ในเวลากลางวันนานถึง 23 วัน แล้วจางหายไป นักดาราศาสตร์ในยุคปัจจุบันใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องพบวัตถุนี้และเรียกว่า “เนบิวลาปู” (Crab Nebula) เพราะว่ารูปร่างของกลุ่มแก๊สคล้ายกับกระดองปู
ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุ VLT แสดงให้เห็นว่า กลุ่มแก๊สกำลังขยายตัวออกด้วยความรุนแรง กล้องโทรทรรศน์เอ็กซ์เรย์พบว่า ใจกลางของเนบิวลาเป็นดาวนิวตรอนหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็ว 30 รอบต่อวินาที มีแก๊สร้อนพุ่งออกมาในแนวตั้งฉากกับจานรวมมวลด้วยความเร็วสูง กล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเล็ตตรวจพบแก๊สร้อนที่เป็นองค์ประกอบของเนบิวลาแผ่รังสี UV ออกมาด้วย กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดตรวจพบฝุ่นและแก๊สเย็นซึ่งเป็นโครงสร้างของเนบิวลา
กล้องโทรทรรศน์วิทยุตรวจพบสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงของดาวนิวตรอน ซึ่งทำให้เกิดการแผ่รังสีเป็นลำออกจากขั้วแม่เหล็กทั้งสอง เนื่องจากดาวนิวตรอนหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงมาก ลำรังสีซึ่งแผ่ออกมาจะกวาดไปโดยรอบอย่างรวดเร็ว และเมื่อลำรังสีผ่านเข้ามาตรงโลกจะเกิดปรากฎการณ์ซึ่งเรียกว่า “พัลซาร์” (Pulsar ย่อมาจาก Pulsating Radio Source ซึ่งแปลว่า แหล่งกำเนิดคาบของคลื่นวิทยุ)
ดาวนิวตรอน (Neutron star) มีขนาดเล็กมาก มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 – 20 กิโลเมตร แต่มีความหนาแน่นสูงมาก เนื้อสารของดาวนิวตรอน 1 ช้อนชา มีมวลถึง 120 ล้านตัน (อะตอมของสสารบนโลกมีที่ว่าง 99.999% ของอะตอม แต่ดาวนิวตรอนไม่มีที่ว่างอยู่เลยจึงสามารถบีบอัดมวลมหาศาลให้มีปริมาตรเล็กได้) อะตอมของดาวนิวตรอนไม่มีช่องว่างระหว่างโปรตรอน (ประจุบวก) และอิเล็กตรอน (ประจุลบ) ทำให้ประจุบวกและประจุลบอยู่ชิดติดกัน จึงเป็นที่มาของคำว่า “นิวตรอน” (ประจุกลาง) อย่างไรก็ตามดาวนิวตรอนมีลิมิตมวลไม่เกิน 3 เท่าของดวงอาทิตย์ ถ้าหากมีมวลมากกว่านี้ แรงโน้มถ่วงของดาวจะเอาชนะแรงดันดีเจนเนอเรซีของดาวนิวตรอน ทำให้แก่นดาวยุบตัวเป็นหลุมดำ ซึ่งมีสนามแรงโน้มถ่วงสูง มีอัตราความเร่งสามารถเอาชนะความเร็วแสง แม้แต่แสงยังไม่สามารถหนีหลุดออกมาได้
หมายเหตุ: เนบิวลาปูไม่ใช่กลุ่มแก๊สที่กำลังรวมตัวเกิดเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่ดังเช่น เนบิวลาสว่าง นบิวลาสะท้อนแสง และเนบิวลามืด แต่เนบิวลาปูเป็นกลุ่มแก๊สซึ่งเกิดจากการระเบิด เรียกว่า “ซากซูเปอร์โนวา” (Supernova Remnant) การระเบิดของซูเปอร์โนวาทำให้เกิดธาตุหนักกว่าเหล็ก (เลขอะตอม >26) นักดาราศาสตร์เชื่อว่า บริเวณระบบสุริยะของเราเคยมีการระเบิดของซูเปอร์โนวา โลกของเราจึงมีธาตุหนักหลายชนิด เช่น โลหะหนัก เงิน ทอง ทองคำขาว พลูโตเนียม นอกจากนั้นนักดาราศาสตร์ยังเชื่อกันว่า การระเบิดของซูเปอร์โนวา ทำให้เกิดปฏิกริยาซึ่งกระตุ้นกลุ่มแก๊สในเนบิวลาให้ยุบตัวลงเป็นดาวเกิดใหม่ หากปราศจากซูเปอร์โนวาแล้ว การเกิดดาวฤกษ์ดวงใหม่คงเป็นไปได้ยาก
ดาวนิวตรอน (อังกฤษ: Neutron Star) เป็นซากที่เหลือจากยุบตัวของการระเบิดแบบซูเปอร์โนวาชนิด II,Ib หรือ Ic และจะเกิดเฉพาะดาวฤกษ์มวลมากมีส่วนประกอบเพียงนิวตรอนที่อะตอมไร้กระแสไฟฟ้า (นิวตรอนมีมวลสารใกล้เคียงโปรตอน) และดาวประเภทนี้สามารถคงตัวอยู่ได้ด้วยหลักการกีดกันของเพาลีเกี่ยวกับแรงผลักระหว่างนิวตรอน
ดาวนิวตรอนมีมวลประมาณ 1.35 ถึง 2.1 เท่ามวลดวงอาทิตย์ และมีรัศมี 20 ถึง 10 กิโลเมตรตามลำดับ (เมื่อดาวนิวตรอนมีมวลเพิ่มขึ้น รัศมีของดาวจะลดลง) ดาวนิวตรอนจึงมีขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์ 30,000 ถึง 70,000 เท่า ดังนั้นดาวนิวตรอนจึงมีความหนาแน่นที่ 81013 ถึง 21015 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งเป็นช่วงของความหนาแน่นของนิวเคลียสอะตอม ต้องใช้ความเร็วหลุดพ้นประมาณ 150,000 กิโลเมตรต่อวินาที หรือประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง โดยทั่วไปแล้ว ดาวที่มีมวลน้อยกว่า 1.44 เท่ามวลดวงอาทิตย์ จะเป็นดาวแคระขาวตามขีดจำกัดของจันทรสิกขาร์ ถ้าอยู่ระหว่าง 2 ถึง 3 เท่ามวลดวงอาทิตย์อาจจะเป็นดาวควาร์ก (แต่ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่) ส่วนดาวที่มีมวลมากกว่านี้จะกลายเป็นหลุมดำ
เมื่อดาวฤกษ์มวลมากเกิดซูเปอร์โนวาและกลายเป็นดาวนิวตรอน ส่วนแก่นของมันจะได้รับโมเมนตัมเชิงมุมมา ซึ่งการเปลี่ยนแปลงรัศมีจากใหญ่ไปเล็กนั้นจะทำให้ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองขึ้น แต่เมื่อเวลาผ่านไปก็จะหมุนรอบตัวเองช้าลงทีละน้อย ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของดาวนิวตรอนที่มีการบันทึกได้นั้นอยู่ระหว่าง 700 รอบต่อวินาทีไปจนถึง 30 วินาทีต่อรอบ ความเร่งที่พื้นผิวอยู่ที่ 21011 ถึง 31012 เท่ามากกว่าโลก ด้วยเหตุนี้ดาวนิวตรอนจึงสามารถส่งคลื่นวิทยุออกมาเป็นช่วงหรือพัลซาร์ และกระแสแม่เหล็กออกมาปริมาณมหาศาล การที่ดาวนิวตรอนสามารถส่งคลื่นวิทยุออกมาเป็นช่วงๆ นั้นทำได้อย่างไร ยังคงเป็นคำถามที่ไม่มีคำตอบ แม้ว่าจะมีการวิจัยเรื่องนี้มานานกว่า 40 ปีแล้วก็ตามในดาราจักรของเรานั้นเราพบเพียงไม่กี่สิบดวงเท่านั้น เรายังพบอีกว่า ดาวนิวตรอนน่าจะเป็นต้นกำเนิดของ แสงวาบรังสีแกมมา ที่มีความสว่างมากกว่าซูเปอร์โนวา หลายเท่า อีกทั้งดาวนิวตรอนยังมีความหนาแน่นรวมถึงนํ้าหนักของดาวนิวตรอนที่มากกว่าดวงดาวบางดวงอีกด้วย
จากแบบจำลองที่ได้รับความเชื่อถือในปัจจุบัน ดาวนิวตรอนมีเปลือกนอกเป็นของแข็งซึ่งเกิดจากการบีบอัดของนิวเคลียสธาตุเหล็ก มีความหนา 1 ไมล์ โดยมีทะเลของอิเล็กตรอนไหลอยู่ระหว่างช่องว่างของเปลือก ส่วนภายในเป็นของเหลวที่ประกอบด้วยนิวเคลียสมวลเบาของไฮโดรเจนและฮีเลียม และแก่นกลางก็น่าจะประกอบด้วยนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น เหล็ก เป็นต้น ถ้าหากอุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่า 1 ล้านเคลวิน พื้นผิวจะมีความลื่นกว่าดาวนิวตรอนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านั้น ส่วนชั้นบรรยากาศของดาวนิวตรอนน่าจะมีความหนาเพียง 1 เมตรเท่านั้น ..
ประวัติการค้นพบ
การค้นพบดาวนิวตรอน อาร์เอกซ์ J185635-3754 เป็นการค้นพบครั้งแรกในขอบเขตของแสงที่มองเห็นได้
ในปี ค.ศ. 1934 หลังเซอร์ เจมส์ แชดวิกได้พบนิวตรอนเป็นองค์ประกอบในนิวเคลียสของอะตอมเป็นเวลาปีเศษ วอลเตอร์ บาด์ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน และฟริทซ์ สวิกกี้ นักดาราศาสตร์ชาวสวิตเซอร์แลนด์ได้ทำนายการมีอยู่ของดาวนิวตรอน ซึ่งเชื่อว่าอยู่ในภายในซูเปอร์โนวา
ในปี ค.ศ. 1965 แอนโทนี่ เฮวิช นักดาราศาสตร์วิทยุชาวอังกฤษ และแซมูเอล โอกาเย่ นักดาราศาสตร์ชาวไนจีเรีย ได้ค้นพบ “แหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุประหลาดในเนบิวลาปู” ซึ่งต่อมาคือดาวนิวตรอนในเนบิวลาปู ในปี ค.ศ. 1967 ไอโอซิฟ สโคลลอฟสกี้ ตรวจจับคลื่นวิทยุจากแหล่งกำเนิด Scorpion X-1 เป็นหลักฐานว่ามีดาวนิวตรอนอยู่ในนั้นจริง
