Nije tajna da je čovječanstvo i sve oko nas napravljeno od zvjezdanih stvari. Ali ne stvaraju sve zvijezde elemente jednako. Naravno, obične zvijezde mogu stvoriti osnovne elemente: helij, ugljik, neon, kisik, silicij i željezo. Ali potreban je sudar dviju neutronskih zvijezda - nevjerojatno gustih zvjezdanih leševa - da bi se stvorili teži elementi poput srebra, zlata i platine.

Međutim, neutronske zvijezde nisu samo značajne po vrijednim elementima koje stvaraju. Oni su također ostvarenje sna za fizičare. Od njihove razorne gravitacije do najjačih magnetskih polja svemira, ekstremi fizike su norma za neutronske zvijezde. I, za razliku od crnih rupa, ovi egzotični objekti su vidljivi. “Teško je proučavati crne rupe”, kaže Samar Safi-Harb, kanadska istraživačica s katedre za remanentnu astrofiziku supernove na Sveučilištu Manitoba u Winnipegu u Kanadi. “S neutronskim zvijezdama možete učiniti puno više. Možete stvarno ispitati unutrašnjost, postoji površina koju možete proučavati i možete izmjeriti mnoga njezina svojstva.”

Stvaranje neutronske zvijezde

Prije nego što dobijete ovaj idealni kozmički laboratorij, zvijezda prvo mora umrijeti. Kraj života zvijezde uvelike ovisi o njezinoj masi. Neugledne zvijezde poput Sunca gase se s relativno tihim izričajem u usporedbi sa svojim masivnijim rođacima, čija se smrt najavljuje vatrometom.

Tijekom većine svog života, zvijezde izvode pažljivo balansiranje između unutarnje sile gravitacije i vanjskog pritiska uzrokovanog nuklearnom fuzijom u njihovim jezgrama. Međutim, na kraju će zvijezdi ponestati materijala za spaljivanje. Zvijezde poput Sunca ograničene su na početnu fazu gorenja vodika - Sunce će trajati još 4 milijarde godina - nakon čega slijedi kraća faza gorenja helija od oko 2 milijarde godina.

Masivne zvijezde, s druge strane, imaju mnogo više faza, što omogućuje nuklearnu fuziju vodika, helija, ugljika, neona, kisika i, konačno, silicija. Nakon što silicij nestane, jezgra zvijezde se sastoji od željeza. Nažalost po zvijezdu, izgaranjem željeza ne može se dobiti daljnja energija, pa se proces tu zaustavlja. Jednom kada takvoj zvijezdi ponestane goriva za nuklearnu fuziju, pritisak koji gura zvijezdu prema van gubi se i gravitacija brzo preuzima. Zvijezda implodira, njeni vanjski slojevi kolabiraju prema unutra.

U ovom trenutku, sudbina zvijezde leži u principima kvantne fizike. Materija se sastoji od atoma, koji se sastoje od elektrona, protona i neutrona. Sve te čestice dio su posebne klase elementarnih čestica poznatih kao fermioni. Ove vrste čestica imaju ključno svojstvo koje ulazi u igru kada zvijezda implodira - identični fermioni ne mogu postojati na istom mjestu u isto vrijeme. Ovo pravilo se zove Paulijev princip isključenja.

Dakle, kako se vanjski slojevi zvijezde zgnječe u jezgru, fermioni u središtu zvijezde su pakirani zajedno. Elektroni koji kruže oko jezgre atoma prvi osjete stisak. Budući da ih se ne može prisiliti bliže jedan drugome, oni proizvode vlastitu vrstu vanjskog pritiska, poznatog kao pritisak degeneracije elektrona. To zaustavlja napredak gravitacije, uzrokujući odbacivanje materijala izvan jezgre. Rezultat je bijeli patuljak. U konačnici, zvijezde poput Sunca završit će svoj život kao ovi zvjezdani ostaci.

Za masivnije zvijezde, međutim, gravitacija ovdje dobiva još jednu bitku. Elektroni se stišću sve bliže neutronsko-protonskoj jezgri svog atoma dok se ne spoje s protonima, stvarajući još neutrona i nešto neutrina. Neutrini mogu slobodno iskočiti iz zvijezde, ali neutroni se zgnječe bliže jedan drugome dok ne izvrše vlastiti pritisak degeneracije koji se bori protiv gravitacije, stvarajući neutronsku zvijezdu. U najekstremnijim slučajevima, gravitacija nadvladava čak i ovu silu, pobjeđujući u sukobu i formirajući crnu rupu.