Από όλα τα ουράνια σώματα που γνωρίζουμε, οι αστέρες νετρονίων καταλαμβάνουν μια ξεχωριστή θέση. Πρόκειται για τα πιο πυκνά αντικείμενα στο Σύμπαν μετά τις μαύρες τρύπες και, ταυτόχρονα, για έναν από τους μεγαλύτερους γρίφους της σύγχρονης αστροφυσικής. Ο τρόπος που η ύλη συμπεριφέρεται στο εσωτερικό τους είναι τόσο ξένος προς την καθημερινή εμπειρία, που οι επιστήμονες βασίζονται περισσότερο σε θεωρητικά μοντέλα παρά σε παρατηρήσεις.
Οι αστέρες νετρονίων είναι τα υπολείμματα τεράστιων άστρων που εξερράγησαν ως υπερκαινοφανείς (supernovae). Η μάζα τους είναι πολλαπλάσια αυτής του Ήλιου, αλλά συμπυκνωμένη σε έναν χώρο μόλις 12-15 χιλιομέτρων. Για να γίνει κατανοητή η πυκνότητά τους, αρκεί να πούμε πως μια κουταλιά από την ύλη τους θα ζύγιζε δισεκατομμύρια τόνους στη Γη. Στην επιφάνειά τους, η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που το μεγαλύτερο «βουνό» έχει ύψος μόλις μερικά χιλιοστά.
Η εξωτερική κρούστα αποτελείται από βαρείς ατομικούς πυρήνες διατεταγμένους σε κρυσταλλική δομή, με τα ηλεκτρόνια να κινούνται ελεύθερα μεταξύ τους. Σε βάθος μέχρι ένα χιλιόμετρο, η πίεση επιτρέπει την ύπαρξη σπάνιων ισοτόπων, με ατομικούς πυρήνες που περιέχουν εκατοντάδες νετρόνια, κάτι που στη Γη θα θεωρούνταν ασταθές. Ωστόσο, η τεράστια βαρύτητα του άστρου κρατά τα πάντα ενωμένα.
Πέρα από αυτό το σημείο, φτάνουμε στο λεγόμενο drip line, όπου οι πυρήνες δεν μπορούν πλέον να συγκρατήσουν όλα τα νετρόνια τους. Αυτά αρχίζουν να «στάζουν» έξω από τους πυρήνες και να παραμένουν ελεύθερα, χάρη στην υψηλή πίεση που τα αποτρέπει από το να διασπαστούν, όπως θα συνέβαινε υπό κανονικές συνθήκες.
Σε βάθος περίπου 2 χιλιομέτρων, η ύλη μεταμορφώνεται σε κάτι πραγματικά εξωτικό. Εδώ, οι ανταγωνιστικές δυνάμεις (βαρύτητα, ισχυρή πυρηνική δύναμη και ηλεκτρική απώθηση) δημιουργούν δομές με παράξενες μορφές. Οι πυρήνες αποκτούν ανορθόδοξα σχήματα, που οι επιστήμονες έχουν περιγράψει ως «νιόκι», «μακαρόνια» και «λαζάνια», ενώ υπάρχουν και τα αντίθετα τους (π.χ. «αντινιόκι»). Αυτή η στρώση «πυρηνικών ζυμαρικών» έχει πάχος μόλις 100 μέτρων, αλλά το βάρος της είναι 3000 φορές μεγαλύτερο από τη μάζα της Γης. Κάτω από αυτή τη στρώση, οι πυρήνες διαλύονται εντελώς και η ύλη μετατρέπεται σε «θάλασσα» από ελεύθερα νετρόνια, πρωτόνια και ηλεκτρόνια.
Ακόμα βαθύτερα, στα εξωτερικά στρώματα του πυρήνα του άστρου, η ύλη φτάνει σε πυκνότητα συγκρίσιμη με αυτή του ατομικού πυρήνα. Οι αστέρες νετρονίων κινούνται ως υπερρευστό – χωρίς καμία αντίσταση ή τριβή – ενώ τα λίγα πρωτόνια μετατρέπονται σε υπεραγώγιμο υλικό, χωρίς ηλεκτρική αντίσταση. Ουσιαστικά, αυτό το τμήμα του άστρου είναι ένας γιγάντιος ατομικός πυρήνας, όχι δεμένος από τις πυρηνικές δυνάμεις, αλλά από την ίδια τη βαρύτητα.
Οι αστέρες νετρονίων παίζουν καίριο ρόλο στην υποστήριξη του άστρου ενάντια στην περαιτέρω κατάρρευση. Η πίεση που δημιουργείται από την αρχή της εκφυλισμένης ύλης – το γεγονός ότι τα σωματίδια δεν μπορούν να καταλάβουν την ίδια θέση – μαζί με την απωθητική δύναμη των νετρονίων μέσω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, συμβάλλει στην ισορροπία του άστρου.
Ωστόσο, το τι συμβαίνει στο βαθύτερο εσωτερικό των νετρονικών άστρων παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα μυστήρια της επιστήμης. Οι πυκνότητες στο κέντρο τους ξεπερνούν ακόμα και αυτές ενός ατομικού πυρήνα, και δεν υπάρχει τρόπος να δημιουργήσουμε τέτοιες συνθήκες στο εργαστήριο. Οι επιστήμονες βασίζονται σε θεωρητικά μοντέλα για να κάνουν υποθέσεις.
Κάποια μοντέλα προτείνουν ότι το υπερρευστό συνεχίζεται έως το κέντρο. Άλλα εικάζουν την εμφάνιση νέων μορφών ύλης, όπως τα υπερόνια, τα δέλτα ή οι συμπυκνώσεις μποζονίων. Αυτά τα σωματίδια σχηματίζονται από κουάρκ, τα οποία υπό τις ακραίες συνθήκες ίσως διατάσσονται με τρόπους αδύνατους οπουδήποτε αλλού. Άλλες θεωρίες υποθέτουν ότι όλα τα πρωτόνια και τα νετρόνια διασπώνται εντελώς, σχηματίζοντας έναν «χυλό» κουάρκ και γκλουονίων, των θεμελιωδών σωματιδίων που συγκρατούν την ύλη.
Παρ’ όλα αυτά, όλα αυτά παραμένουν στο επίπεδο της θεωρίας. Ο πλησιέστερος αστέρας νετρονίων απέχει εκατοντάδες έτη φωτός και, ακόμη κι αν μπορούσαμε να τον παρατηρήσουμε από κοντά ή να τον «ανοίξουμε», οι συνθήκες που καθιστούν αυτά τα φαινόμενα δυνατά θα εξαφανίζονταν ακαριαία. Έτσι, για την ώρα, το μοναδικό «παράθυρο» που έχουμε στο εσωτερικό αυτών των κοσμικών τεράτων είναι τα μαθηματικά και η επιστημονική φαντασία μέχρι να φτάσουμε σε μια νέα γενιά παρατηρήσεων ή θεωριών που θα μπορέσουν να φωτίσουν το σκοτεινό και πυκνό τους κέντρο.
[via]
