a neutroncsillagok hatalmas csillagok maradványai, miután szupernóvává váltak; míg a csillag külső rétegei kifelé robbannak, szó szerint kozmikus léptékben tűzijátékot hozva létre, a csillag magja összeomlik, hihetetlenül összenyomódva. Ha a magnak elegendő tömege van, akkor fekete lyukká válik, de ha félénk ettől a korláttól, akkor ultrasűrű golyóvá válik, amely többnyire neutronokból áll.
a neutroncsillagok statisztikája kijózanító. Tömegük legfeljebb a nap kétszerese, de az atommag sűrűsége: több mint 100 billió gramm köbcentiméterenként. Ezt nehéz felfogni, de gondolj így: ha az Egyesült Államok Minden egyes autóját neutroncsillagokká tömörítenénk, akkor egy kockát kapnánk 1 centiméter az oldalán. Akkora, mint egy kockacukor,vagy egy hatoldalas szerszám. Az egész emberiség egy ilyen állapotba tömörítve kevesebb, mint kétszerese lenne ennek a szélességnek.
a neutroncsillagok felszíni gravitációja több százmilliárdszorosa a Földének, a mágneses mező pedig még erősebb. Egy neutroncsillag a galaxis felénél tőlünk volt egy szeizmikus esemény, amely fizikailag hatással volt ránk itt a Földön, 50 000 fényévnyire.
a neutroncsillagokkal kapcsolatban minden félelmetes. De mindezek ellenére még mindig nem vagyunk biztosak abban, hogy mekkora.
egy erős mágneses mezővel rendelkező forgó neutroncsillag felkavarja körülötte a szubatomi részecskéket. Grafika hitel: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma Állami Egyetem
úgy értem, van egy durva ötletünk, de a pontos számot nehéz meghatározni. Túl kicsik ahhoz, hogy közvetlenül láthassuk őket, ezért más megfigyelésekből kell következtetnünk a méretükre, és ezeket bizonytalanságok sújtják. Méretük a tömegüktől is függ. De a röntgensugarak és a neutroncsillagok egyéb kibocsátásainak megfigyelése alapján a csillagászok azt találták, hogy átmérőjük 20-30 kilométer. Ez apró, egy ilyen hatalmas tömeghez! De ez is irritálóan nagy tartomány. Tudunk jobbat?
Igen! A tudósok egy csoportja más módon közelítette meg a problémát, és képesek voltak szűkíteni ezeknek a heves, de pici vadállatoknak a méretét: Megállapították, hogy egy olyan neutroncsillag esetében, amelynek tömege a nap 1,4-szerese (az ilyen dolgok átlaga), átmérője 22,0 kilométer lesz (+0,9/-0,6 km bizonytalansággal). Úgy találják, hogy a számítás két tényező pontosabb, mint bármely más korábban.
ez… kicsi. Mint, nagyon kicsi. A 22 km-t rövid biciklizésnek tekinteném, bár nem lenne könnyű megtenni egy neutroncsillagon.
a neutroncsillag hihetetlenül kicsi és sűrű, a nap tömegét néhány kilométer átmérőjű golyóba csomagolja. Ez a mű Manhattanhez képest ábrázol egyet. Forrás: NASA Goddard űrrepülési Központ
hogy szerezték meg ezt a számot? Az általuk alkalmazott fizika valójában ördögien bonyolult, de valójában egy neutroncsillag állapotegyenletét oldották meg — azokat a fizikai egyenleteket, amelyek egy tárgy jellemzőit, például nyomást, térfogatot és hőmérsékletet kapcsolnak össze—, hogy megkapják, milyen feltételek lennének egy olyan modell neutroncsillag számára, amelynek tömege a nap 1,4-szerese.
ezután felhasználták ezeket az eredményeket, és összehasonlították őket egy 2017-es esemény megfigyeléseivel: két neutroncsillag összeolvadásával, amely egy kilonova nevű kolosszális robbanást eredményezett. Ez a GW170817 nevű esemény hatalmas vízválasztó pillanat volt a csillagászat számára, mert az ütköző neutroncsillagok erőteljes gravitációs hullámokat bocsátottak ki, szó szerint rázva az univerzum szövetét. Ez volt az első riasztásunk az eseményre, de aztán a teleszkópok nagy része a földön és a föld felett az ég azon részére irányult, ahol az egyesülést találták, és látta magát a robbanást, a kilonovát. Ez volt az első alkalom, hogy egy eseményt elektromágneses energiát (azaz fényt) bocsátottak ki, amelyet először gravitációs hullámokban láttak.
két neutroncsillag ütközésének pillanatát ábrázoló grafika. Az ebből eredő robbanás … elég nagy. Forrás: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
ez is sok korlátozást jelentett az ütköző neutroncsillagokra. Például, miután összeolvadtak, meghatározott módon bocsátottak ki fényt, és kiderült, hogy ez nem volt összhangban azzal, hogy az összeolvadt maradványnak elegendő tömege volt ahhoz, hogy közvetlenül egy fekete lyukba omoljon. Ez a Nap tömegének 2,4-szerese körül történik, tehát tudjuk, hogy a két csillag együtt kisebb tömegű volt. Ezzel szemben a fény nem volt összhangban azzal, hogy a maradék neutroncsillag is jóval e határ alatt van. Úgy tűnik, hogy egy” hipermasszív ” neutroncsillag alakult ki e határ közelében, nagyon rövid ideig tartott, majd fekete lyukba omlott.
mindezeket az adatokat a neutroncsillag méretét kiszámító tudósok takarmányozták. Összehasonlítva modelljeiket a GW170817 adataival, képesek voltak jelentősen csökkenteni az értelmes mérettartományt, nullázva a 22 km átmérőt.
ennek a méretnek érdekes következményei vannak. Például egy dolog, amit a gravitációs hullám tudósai remélnek látni, egy fekete lyuk és egy neutroncsillag összeolvadása. Ez biztosan kimutatható lesz, de a kérdés az, hogy bocsát-e ki olyan fényt, amelyet a hagyományosabb távcsövek láthatnak? Ez akkor történik, amikor a neutroncsillag anyaga Az egyesülés során kilökődik, sok fényt generálva.
ebben az új munkában a tudósok lefuttatták a számokat, és megállapították, hogy egy 1,4 naptömegű és 22 km átmérőjű neutroncsillag esetében a Nap tömegének 3,4-szeresénél nagyobb fekete lyuk nem bocsát ki semmilyen anyagot! Ez nagyon alacsony tömeg egy fekete lyukhoz képest, és nagyon valószínűtlen, hogy ilyen alacsony tömeget látnánk, különösen egy olyan neutroncsillaggal, amelyet meg tud enni. Tehát azt jósolják, hogy ez az esemény csak gravitációs hullámokban lesz látható, fényben nem. Másrészt ez csak a nem forgó fekete lyukakra vonatkozik, és a valóságban a legtöbbnek gyors centrifugálása lesz; nem világos, hogy mi fog történni ott, de azt képzelem, hogy sok ember újra futtatja modelljeit, hogy lássa, mit tudnak megjósolni.
egy neutroncsillag mérete azt jelenti, hogy jobban meg tudjuk érteni, mi történik, amikor forognak, mivel nevetségesen erős mágneses terük befolyásolja a körülöttük lévő anyagokat, hogyan gyűjtenek új anyagokat, és mi történik a neutroncsillag és a fekete lyuk közötti tömeghatár közelében. Még jobb, mivel a LIGO / Virgo gravitációs hullám Obszervatórium emberei finomhangolják felszerelésüket, arra számítanak, hogy érzékenységük növekedni fog, lehetővé téve a neutroncsillagok összeolvadásának jobb megfigyelését, amelyet aztán még jobban meg lehet szigorítani a méretkorlátokat.
egész életemben lenyűgöztek a neutroncsillagok, és hogy őszinte legyek, ez a helyes hozzáállás. Ezek a szupernóvák maradványai; összeütköznek és aranyat, platinát, báriumot és stronciumot hoznak létre; ők a pulzárok mögötti erőművek; képesek agytörő energiarobbanásokat generálni; és ezek a legsűrűbb objektumok, amelyeket még mindig az univerzumban tekinthetünk (a fekete lyuk eseményhorizontján belüli fizikai tárgy örökre meghaladja az elérhetőségünket). Úgy értem, gyerünk. Csodálatosak.
és ez körülbelül méret őket.