neutronitähdet ovat massiivisten tähtien jäänteitä niiden mentyä supernoviksi; kun tähden uloimmat kerrokset räjähtävät ulospäin luoden ilotulitteita kirjaimellisesti kosmisessa mittakaavassa, tähden ydin romahtaa ja tulee uskomattoman tiiviiksi. Jos ytimellä on tarpeeksi massaa, siitä tulee musta aukko, mutta jos se on liian lähellä tuota rajaa, siitä tulee erittäin tiheä pallo, joka koostuu enimmäkseen neutroneista.
neutronitähtien tilastot ovat vakavoittavia. Niiden massa on jopa yli kaksi kertaa Aurinkoa suurempi, mutta atomiytimen tiheys: yli 100 biljoonaa grammaa kuutiosenttimetrissä. Sitä on vaikea käsittää, mutta ajattele sitä näin: jos puristaisit jokaisen USA: n auton neutronitähtijuttuun, saisit 1 sentin kuution kylkeen. Sokeripalan tai kuusisivuisen muotin kokoinen. Koko ihmiskunta puristettuna sellaiseen tilaan olisi alle kaksi kertaa niin leveä.
neutronitähtien pintagravitaatio on satoja miljardeja kertoja maan, ja magneettikentät vielä voimakkaampia. Neutronitähdellä, joka oli puolen galaksin päässä meistä, oli seisminen tapahtuma, joka fyysisesti vaikutti meihin täällä maassa, 50 000 valovuoden päässä.
kaikki neutronitähdissä on kauhistuttavaa. Kaikesta huolimatta emme ole vielä täysin varmoja, kuinka suuria ne ovat.
pyörivä neutronitähti, jolla on voimakas magneettikenttä, piiskaa ympärilleen atomia pienempiä hiukkasia. Kuvasaldo: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University
meillä on karkea käsitys, mutta tarkkaa määrää on vaikea määrittää. Ne ovat liian pieniä nähdäksemme suoraan, – joten meidän täytyy päätellä niiden koko muista havainnoista, – ja niitä vaivaa epävarmuus. Niiden koko riippuu myös niiden massasta. Mutta käyttäen havaintoja röntgensäteistä ja muista neutronitähtien emissioista tähtitieteilijät ovat havainneet niiden läpimitaksi 20-30 kilometriä. Se on pieni, niin valtava massa! Mutta se on myös ärsyttävän suuri valikoima. Pystymmekö parempaan?
Yes! Ryhmä tiedemiehiä on lähestynyt ongelmaa eri tavalla ja kyennyt rajaamaan näiden hurjien mutta pikkupetojen kokoa: He havaitsivat, että neutronitähdellä, jonka massa on 1,4 kertaa Aurinkoa (noin keskimäärin), sen läpimitta on 22,0 kilometriä (epävarmuus +0,9/-0,6 km). He huomaavat laskelmansa olevan kaksi tarkempi tekijä kuin mikään muu aiemmin tehty.
se on… pieni. Todella pieni. Pitäisin 22 kilometriä lyhyenä pyörämatkana, vaikka reilu tekeminen neutronitähdellä olisi vaikeaa.
neutronitähti on uskomattoman pieni ja tiheä, ja se pakkaa Auringon massan vain muutaman kilometrin läpimittaiseksi palloksi. Tämä taideteos kuvaa yhtä verrattuna Manhattaniin. Luoto: Nasan Goddard Space Flight Center
miten he saivat tämän numeron? Heidän käyttämänsä fysiikka on itse asiassa pirullisen monimutkaista, mutta todellisuudessa he ratkaisivat neutronitähden tilayhtälön — fysikaaliset yhtälöt, jotka liittyvät kohteen ominaisuuksiin, kuten paineeseen, tilavuuteen ja lämpötilaan — saadakseen selville, millaisia olosuhteet olisivat mallille neutronitähdelle, jonka massa on 1,4 kertaa Auringon massa.
he sitten käyttivät näitä tuloksia ja vertasivat niitä havaintoihin vuoden 2017 tapahtumasta: kahden neutronitähden fuusiosta, joka johti kilonovaksi kutsuttuun kolossaaliseen räjähdykseen. Tämä tapahtuma, nimeltään GW170817, oli valtava vedenjakajahetki tähtitieteelle, koska törmäävät neutronitähdet lähettivät voimakkaita gravitaatioaaltoja, jotka kirjaimellisesti ravistelivat maailmankaikkeuden rakennetta. Tämä oli ensimmäinen hälytys tapahtumasta, mutta sitten suuri osa maan päällä ja sen yläpuolella olevista teleskoopeista suuntasi siihen osaan taivasta, jossa fuusio havaittiin, ja näki itse räjähdyksen, kilonovan. Se oli ensimmäinen kerta, kun jokin tapahtuma nähtiin säteilevän sähkömagneettista energiaa (eli valoa), joka nähtiin ensimmäisen kerran gravitaatioaalloissa.
teos kuvaa kahden neutronitähden törmäyshetkeä. Siitä aiheutunut räjähdys on melko suuri. Luotto: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
se asetti myös paljon rajoituksia törmänneille neutronitähdille. Esimerkiksi kun ne yhdistyivät, ne lähettivät valoa tietyllä tavalla, ja kävi ilmi, että se oli ristiriidassa sen kanssa, että Yhdistyneellä jäännöksellä oli tarpeeksi massaa romahtaakseen suoraan mustaan aukkoon. Se tapahtuu noin 2,4 kertaa Auringon massa, joten tiedämme kaksi tähteä yhdessä oli vähemmän massaa sitten, että. Vastaavasti valo oli ristiriidassa sen kanssa, että jäännös oli neutronitähti, joka oli myös selvästi tuon rajan alapuolella. Näyttää siltä, että ”hypermassiivinen” neutronitähti syntyi tuon rajan tuntumassa, kesti hyvin lyhyen aikaa ja romahti sitten mustaksi aukoksi.
kaikki tämä tieto oli neutronitähden kokoa laskevien tiedemiesten rehua. Vertaamalla mallejaan GW170817: n tietoihin, he pystyivät pienentämään huomattavasti järkeenkäypää kokovalikoimaa, nollaamalla 22 km: n läpimitan.
tällä koolla on mielenkiintoisia vaikutuksia. Esimerkiksi gravitaatioaaltotutkijat toivovat näkevänsä mustan aukon ja neutronitähden sulautumisen. Tämä on varmasti havaittavissa, mutta kysymys kuuluu, säteileekö se mitään valoa, jota perinteisemmät teleskoopit voivat nähdä? Näin käy, kun neutronitähden materiaali sinkoutuu ulos sulautumisen aikana tuottaen paljon valoa.
tämän uuden teoksen tiedemiehet selvittivät lukuja ja havaitsivat, että neutronitähdelle, jonka massa on 1,4 Auringon massaa ja halkaisija 22 km, Ei mikään musta aukko, joka olisi suurempi kuin noin 3,4 kertaa Auringon massa, poistaisi maasta mitään ainetta! Se on hyvin pieni massa mustaksi aukoksi, ja on hyvin epätodennäköistä, että näkisimme mitään niin alhaista massaa, varsinkaan sellaista, jossa on neutronitähti, jota se voi syödä. He ennustavat, että tapahtuma näkyy vain gravitaatioaalloissa eikä valossa. Toisaalta, se on vain ei-spinning mustia aukkoja, ja todellisuudessa useimmat on nopea spin; on epäselvää, mitä tapahtuisi siellä, mutta uskon, että monet ihmiset ajaa niiden malleja uudelleen nähdä, mitä he voivat ennustaa.
neutronitähden koko tarkoittaa sitä, että pystyy paremmin ymmärtämään, mitä tapahtuu, kun ne pyörivät, koska niiden naurettavan voimakkaat magneettikentät vaikuttavat ympäröivään materiaaliin, miten ne erittävät uutta materiaalia ja mitä tapahtuu lähellä neutronitähden ja mustan aukon massarajaa. Vielä parempi, koska ligo / Virgo gravitaatioaalto observatory ihmiset hienosäätää niiden laitteiden he odottavat niiden herkkyys kasvaa, jolloin paremmin havaintoja neutronitähtien fuusioita, joka voidaan sitten kiristää kokorajoituksia entisestään.
neutronitähdet ovat kiehtoneet minua koko ikäni, ja rehellisesti sanottuna se on oikea asenne. Ne ovat supernovien tähteet; ne törmäävät ja tekevät kultaa, platinaa, bariumia ja strontiumia; ne ovat pulsarien voimanpesä; ne voivat tuottaa mielen murskaavia energiapurkauksia; ja ovat tiheimpiä kohteita, joita voi edelleen pitää universumissa (fyysinen esine mustan aukon tapahtumahorisontin sisällä on ikuisesti ulottumattomissamme). Älä viitsi. Ne ovat uskomattomia.
ja että suunnilleen koko ne ylös.