neutronstjerner er resterne af massive stjerner, efter at de går supernova; mens de ydre lag af stjernen eksploderer udad og skaber fyrværkeri bogstaveligt talt i kosmisk skala, kollapser stjernens kerne og bliver utroligt komprimeret. Hvis kernen har nok masse, bliver det et sort hul, men hvis det er genert af den grænse, bliver det en ultra-tæt bold, der hovedsagelig består af neutroner.
statistikken for neutronstjerner er nøgtern. De har en masse på op til over to gange solen, men tætheden af en atomkerne: Over 100 billioner gram pr. Det er svært at forstå, men tænk på det på denne måde: hvis du komprimerede hver eneste bil i USA til neutron-star-stuff, ville du få en terning 1 centimeter på en side. Størrelsen af en sukkerterning eller en seks-sidet matrice. Hele menneskeheden komprimeret til en sådan tilstand ville være mindre end dobbelt så bred.
neutronstjerner har en overfladegravitation hundreder af milliarder gange Jordens og magnetfelter endnu stærkere. En neutronstjerne halvdelen af galaksen væk fra os havde en seismisk begivenhed på den, der fysisk påvirkede os her på jorden, 50.000 lysår væk.
alt om neutronstjerner er skræmmende. Men for alt det er vi stadig ikke helt sikre på, hvor store de er.
en roterende neutronstjerne med et kraftigt magnetfelt pisker op subatomære partikler omkring den. Billedkredit: NASA / Aurore Simonnet, Sonoma State University
jeg mener, vi har en grov ide, men det nøjagtige antal er svært at bestemme. De er for små til at se direkte, så vi er nødt til at udlede deres størrelse fra andre observationer, og de er plaget af usikkerheder. Deres størrelse afhænger også af deres masse. Men ved hjælp af observationer af røntgenstråler og anden emission fra neutronstjerner har astronomer fundet, at de har en diameter på 20-30 kilometer. Det er lille, for sådan en enorm masse! Men det er også et irriterende stort udvalg. Kan vi gøre det bedre?
Ja! En gruppe forskere har nærmet sig problemet på en anden måde, og har været i stand til at indsnævre størrelsen på disse hårde, men små dyr: De fandt ud af, at for en neutronstjerne med en masse på 1,4 gange solen (ca.gennemsnittet for sådanne ting), vil den have en diameter på 22,0 kilometer (med en usikkerhed på +0,9/-0,6 km). De finder deres beregning er en faktor på to mere præcis end nogen andre gjort før.
det er… lille. Synes godt om, virkelig lille. Jeg ville overveje 22 km En kort cykeltur,men det ville være svært at gøre det på en neutronstjerne.
en neutronstjerne er utrolig lille og tæt og pakker Solens masse i en bold kun få kilometer på tværs. Dette kunstværk skildrer en sammenlignet med Manhattan. Hoteller i nærheden af NASA ‘ s Goddard Space Flight Center
så hvordan fik de dette nummer? Den fysik, de anvendte, er faktisk djævelsk kompliceret, men hvad de gjorde i virkeligheden var at løse en neutronstjerns tilstandsligning — de fysiske ligninger, der relaterer egenskaber ved et objekt som tryk, volumen og temperatur — for at få, hvordan betingelserne ville være for en model neutronstjerne med massen fastgjort til 1,4 gange Solens.
de brugte derefter disse resultater og sammenlignede dem med observationer af en begivenhed fra 2017: en fusion af to neutronstjerner, der resulterede i en kolossal eksplosion kaldet en kilonova. Denne begivenhed, kaldet GV170817, var et stort vandskel øjeblik for astronomi, fordi de kolliderende neutronstjerner udsendte kraftige gravitationsbølger, der bogstaveligt talt rystede universets stof. Dette var vores første advarsel til begivenheden, men så en stor brøkdel af teleskoper på og over jorden rettet mod den del af himlen, hvor fusionen viste sig at være, og så eksplosionen selv, kilonova. Det var første gang en begivenhed blev set udsende elektromagnetisk energi (det vil sige lys), der først blev set i gravitationsbølger.
kunst, der skildrer øjeblikket for kollision mellem to neutronstjerner. Den resulterende eksplosion er … ret stor. Kredit: Dana Berry, Himmelværk Digital, Inc.
det satte også mange begrænsninger på neutronstjernerne, der kolliderede. For eksempel, efter at de fusionerede, udsendte de lys på en bestemt måde, og det viser sig, at det var uforeneligt med, at den fusionerede rest havde nok masse til at kollapse direkte i et sort hul. Det sker omkring 2,4 gange Solens masse, så vi ved, at de to stjerner sammen havde mindre masse end det. Omvendt var lyset inkonsekvent med, at resten også var en neutronstjerne langt under denne grænse. Det ser ud til, at en “hypermassiv” neutronstjerne blev dannet nær denne grænse, varede i meget kort tid og derefter kollapsede i et sort hul.
alle disse data var foder til forskerne, der beregner neutronstjernestørrelsen. Ved at sammenligne deres modeller med dataene fra GV170817 kunne de i høj grad reducere rækkevidden af størrelser, der gav mening, nulstilling på 22 km diameteren.
denne størrelse har interessante konsekvenser. For eksempel er en ting, som gravitationsbølgeforskerne håber at se, fusionen af et sort hul og en neutronstjerne. Dette vil helt sikkert være detekterbart, men spørgsmålet Er, vil det udsende noget lys, som mere traditionelle teleskoper kan se? Det sker, når materiale fra neutronstjernen bliver skubbet ud under fusionen og genererer meget lys.
forskerne i dette nye arbejde løb tallene og fandt ud af, at for en neutronstjerne med 1,4 solmasser og 22 km diameter ville ethvert sort hul større end omkring 3,4 gange Solens masse ikke skubbe noget materiale ud! Det er en meget lav masse for et sort hul, og det er meget usandsynligt, at vi vil se nogen den lave masse, især en med en neutronstjerne, den kan spise. Så de forudsiger, at denne begivenhed kun ses i gravitationsbølger og ikke lys. På den anden side er det kun for ikke-spindende sorte huller, og i virkeligheden vil de fleste have et hurtigt spin; det er uklart, hvad der ville ske der, men jeg forestiller mig, at mange mennesker vil køre deres modeller igen for at se, hvad de kan forudsige.
at have størrelsen på en neutronstjerne betyder at være i stand til bedre at forstå, hvad der sker, når de spinder, da deres latterligt kraftige magnetfelter påvirker materiale omkring dem, hvordan de samler nyt materiale, og hvad der sker nær massegrænsen mellem en neutronstjerne og et sort hul. Endnu bedre, da LIGO/Virgo gravitationsbølgeobservatoriet finjusterer deres udstyr, forventer de, at deres følsomhed øges, hvilket giver bedre observationer af neutronstjernefusioner, som derefter kan bruges til at stramme størrelsesbegrænsningerne endnu mere.
jeg har været fascineret af neutronstjerner hele mit liv, og for at være ærlig er det den rigtige holdning. De er rester fra supernovaer; de kolliderer og laver guld, platin, barium og strontium; de er kraftcentret bag pulsarer; de kan generere sindknusende eksplosioner af energi; og er de tætteste objekter, du stadig kan overveje at være i universet (det fysiske objekt inde i et sort huls begivenhedshorisont er for evigt uden for vores rækkevidde). Jeg mener, kom nu. De er fantastiske.
og det om størrelser dem op.