Нейтронна зоря — це стиснуте ядро масивної зорі, що вибухнула як наднова. Так називають вибух, яким закінчується життя деяких великих зір. У кулі завширшки близько 24–26 кілометрів зосереджено більше маси, ніж у Сонця. Ця ширина є її діаметром, виміряним прямо через центр.

Розмір

Науковці вважають, що нейтронна зоря має тверду кору з важких атомів під тонкою атмосферою з водню або гелію. Тому в неї є поверхня, розмір якої можна виміряти. Точні виміри дає NICER — рентгенівський телескоп на Міжнародній космічній станції.

NICER вивчає пульсари — нейтронні зорі, що швидко обертаються. За його даними астрономи з’ясували, що пульсар PSR J0030+0451 має в поперечнику близько 26 кілометрів, а його маса становить приблизно 1,4 маси Сонця. Для пульсара PSR J0740+6620 з масою приблизно 2,1 маси Сонця за аналізом однієї команди діаметр становить близько 25 кілометрів, а за аналізом іншої — близько 27. У 2024 році виміряли третій пульсар, PSR J0437−4715: він має в поперечнику близько 23 кілометрів.

Похибка кожного з цих результатів становить кілька кілометрів. Об’єднавши результати для перших двох пульсарів з іншими спостереженнями, одна команда у 2021 році дійшла висновку, що типова нейтронна зоря з масою 1,4 маси Сонця має радіус 12,45 кілометра плюс-мінус 0,65. Отже, вона має в поперечнику близько 24–26 кілометрів.

Порівняння розмірів

• NASA порівнює ширину нейтронної зорі з довжиною острова Мангеттен у місті Нью-Йорк.
• Пробігти один раз довкола екватора нейтронної зорі діаметром 24 кілометри означало б подолати близько 75 кілометрів, а це довжина приблизно 1,8 марафона.
• Фобос, більший із двох супутників Марса, має в довжину близько 27 кілометрів, а це трохи більше за ширину нейтронної зорі. Утім, маса типової нейтронної зорі приблизно у 260 трильйонів разів більша за масу Фобоса.
• Сонце має в поперечнику близько 1,39 мільйона кілометрів, що у 58 000 разів більше за ширину нейтронної зорі діаметром 24 кілометри.
• Якби нейтронну зорю зменшили до розміру баскетбольного м’яча, Сонце в тому самому масштабі було б кулею діаметром близько 14 кілометрів.

Як утворюється нейтронна зоря

Наприкінці життя зоря, у багато разів важча за Сонце, вичерпує паливо у своєму ядрі. Ядро стискається під власною вагою, а зоря вибухає як наднова. Найважчі з цих зір залишають по собі чорні діри. Легші залишають нейтронні зорі.

Під час стиснення протони й електрони ядра здавлюються разом у нейтрони — частинки, від яких зоря отримала назву. Якщо ядро, що стискається, має масу приблизно від 1 до 3 мас Сонця, нейтрони можуть зупинити це стиснення.

Що всередині

Науковці вважають, що нейтронна зоря має шарову будову. Під корою тиск розколює атоми на «море» переважно нейтронів. Глибоко всередині нейтрони упаковані щільніше за частинки в атомному ядрі — до двох разів. Якої форми набуває речовина в самому центрі, досі невідомо.

У середньому кожен кубічний сантиметр типової нейтронної зорі містить від 300 до 400 мільйонів тонн. Вимірювання і розміру, і маси нейтронних зір дає фізикам змогу з’ясувати, як поводиться така щільна речовина. PSR J0740+6620 має майже на 50% більшу масу, ніж PSR J0030+0451, але за розміром по суті такий самий. Цей результат говорить проти деяких уявлень, згідно з якими речовину в центрі стиснути легше.

Пульсари та їхнє відкриття

Вальтер Бааде та Фріц Цвіккі у 1934 році припустили, що нейтронні зорі існують. Джоселін Белл Бернелл відкрила перші пульсари в 1967 році. Більшість відомих нейтронних зір спостерігають як пульсари. Кожна з них випромінює промені, що під час обертання ковзають по небу, як світло маяка, тож зоря ніби спалахує й гасне.

Пульсари можуть обертатися дуже швидко. PSR J0740+6620 робить 346 обертів за секунду. NICER фіксує час надходження кожного рентгенівського фотона від пульсара з точністю до 100 наносекунд, тобто 100 мільярдних часток секунди. Мінлива яскравість показує, наскільки сильно зоря викривлює світло, а за цим і за її масою науковці можуть визначити її розмір.

Джерела

• 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.