Gwiazda neutronowa to zapadnięte jądro masywnej gwiazdy, która wybuchła jako supernowa, czyli eksplozja kończąca życie niektórych dużych gwiazd. Gwiazda ta skupia w kuli o średnicy około 24–26 kilometrów więcej masy niż Słońce. Ta szerokość to jej średnica, mierzona prosto przez środek.

Rozmiar

Naukowcy sądzą, że gwiazda neutronowa ma stałą skorupę z ciężkich atomów pod cienką atmosferą z wodoru lub helu. Dzięki temu gwiazda ma powierzchnię, której rozmiar można zmierzyć. Dokładne pomiary pochodzą z NICER, teleskopu rentgenowskiego na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

NICER bada pulsary, czyli szybko wirujące gwiazdy neutronowe. Na podstawie danych z NICER astronomowie ustalili, że pulsar PSR J0030+0451 ma około 26 kilometrów średnicy, a jego masa wynosi około 1,4 masy Słońca. Średnica pulsara PSR J0740+6620, którego masa wynosi około 2,1 masy Słońca, wyniosła w analizie jednego zespołu około 25 kilometrów, a w analizie innego około 27. W 2024 roku zmierzono trzeci pulsar, PSR J0437−4715, i uzyskano średnicę około 23 kilometrów.

Każdy z tych wyników jest obarczony niepewnością rzędu kilku kilometrów. Po połączeniu wyników dla dwóch pierwszych pulsarów z innymi obserwacjami jeden zespół ustalił w 2021 roku, że typowa gwiazda neutronowa o masie 1,4 masy Słońca ma promień 12,45 kilometra, plus minus 0,65. Daje to średnicę około 24–26 kilometrów.

Porównania rozmiarów

• NASA porównuje szerokość gwiazdy neutronowej z długością wyspy Manhattan w Nowym Jorku.
• Przebiegnięcie raz dookoła równika gwiazdy neutronowej o średnicy 24 kilometrów oznaczałoby pokonanie około 75 kilometrów, czyli długości około 1,8 maratonu.
• Fobos, większy księżyc Marsa, ma około 27 kilometrów długości, trochę więcej niż szerokość gwiazdy neutronowej. A jednak typowa gwiazda neutronowa ma około 260 bilionów razy większą masę niż Fobos.
• Słońce ma około 1,39 miliona kilometrów średnicy i jest 58 000 razy szersze niż gwiazda neutronowa o średnicy 24 kilometrów.
• Gdyby gwiazdę neutronową zmniejszyć do rozmiarów piłki do koszykówki, Słońce w tej samej skali byłoby kulą o średnicy około 14 kilometrów.

Jak powstaje gwiazda neutronowa

Pod koniec życia gwiazda wielokrotnie cięższa od Słońca wyczerpuje paliwo w swoim jądrze. Jądro zapada się pod własnym ciężarem, a gwiazda wybucha jako supernowa. Najcięższe z takich gwiazd zostawiają po sobie czarne dziury. Lżejsze zostawiają gwiazdy neutronowe.

Podczas zapadania protony i elektrony jądra zostają zgniecione razem w neutrony, czyli cząstki, od których gwiazda wzięła nazwę. Jeśli zapadające się jądro ma masę od około 1 do 3 mas Słońca, neutrony mogą zatrzymać zapadanie.

Co jest w środku

Naukowcy sądzą, że gwiazda neutronowa ma budowę warstwową. Pod skorupą ciśnienie rozbija atomy na morze złożone głównie z neutronów. Głęboko w środku neutrony są upakowane nawet dwa razy ciaśniej niż cząstki w jądrze atomowym. Jaką postać przyjmuje materia w samym centrum, nadal nie wiadomo.

Średnio każdy centymetr sześcienny typowej gwiazdy neutronowej zawiera od 300 milionów do 400 milionów ton. Zmierzenie zarówno rozmiaru, jak i masy gwiazd neutronowych pozwala fizykom ustalić, jak zachowuje się tak gęsta materia. PSR J0740+6620 ma o prawie 50% większą masę niż PSR J0030+0451, ale jest zasadniczo tak samo duży. Ten wynik przemawia przeciwko niektórym koncepcjom, w których materia w centrum jest łatwiejsza do ściśnięcia.

Pulsary i ich odkrycie

Walter Baade i Fritz Zwicky zaproponowali w 1934 roku istnienie gwiazd neutronowych. Jocelyn Bell Burnell odkryła pierwsze pulsary w 1967 roku. Większość znanych gwiazd neutronowych widać jako pulsary. Każdy pulsar wysyła wiązki, które podczas obrotu omiatają niebo jak światło latarni morskiej, więc wydaje się, że pulsar błyska i gaśnie.

Pulsary mogą obracać się bardzo szybko. PSR J0740+6620 obraca się 346 razy na sekundę. NICER rejestruje moment nadejścia każdego promienia rentgenowskiego z pulsara z dokładnością do 100 nanosekund, czyli 100 miliardowych części sekundy. Zmieniająca się jasność pokazuje, jak silnie gwiazda zakrzywia światło, a z tego oraz z masy gwiazdy naukowcy mogą wyznaczyć jej rozmiar.

Źródła

• NASA's NICER Probes the Squeezability of Neutron Stars. NASA, 2021.
• NICER. NASA Science.
• Neutron Stars. NASA Imagine the Universe, 2017.
• The Radius of PSR J0740+6620 from NICER and XMM-Newton Data. Miller et al., The Astrophysical Journal Letters, 2021.
• A NICER View of the Massive Pulsar PSR J0740+6620 Informed by Radio Timing and XMM-Newton Spectroscopy. Riley et al., The Astrophysical Journal Letters, 2021.
• A NICER View of PSR J0030+0451: Millisecond Pulsar Parameter Estimation. Riley et al., The Astrophysical Journal Letters, 2019.
• A NICER View of the Nearest and Brightest Millisecond Pulsar: PSR J0437–4715. Choudhury et al., The Astrophysical Journal Letters, 2024.
• Sun Fact Sheet. NASA, 2024.
• Mars Fact Sheet. NASA, 2025.
• Phobos. NASA Science, 2024.
• Marathon. World Athletics.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.