gwiazdy neutronowe są pozostałościami masywnych gwiazd po przejściu supernowej; podczas gdy zewnętrzne warstwy gwiazdy eksplodują na zewnątrz tworząc sztuczne ognie dosłownie w kosmicznej skali, jądro gwiazdy zapada się, stając się niewiarygodnie skompresowane. Jeśli jądro ma wystarczającą masę, stanie się czarną dziurą, ale jeśli nie przekroczy tej granicy, stanie się ultra-gęstą kulą złożoną głównie z neutronów.
statystyki gwiazd neutronowych otrzeźwiają. Mają masę ponad dwukrotnie większą niż słońce, ale gęstość jądra atomowego: ponad 100 bilionów gramów na centymetr sześcienny. Trudno to pojąć, ale pomyślcie o tym w ten sposób: gdyby skompresować każdy samochód w Stanach Zjednoczonych w gwiazdy neutronowe, otrzymalibyśmy sześcian o centymetrze od boku. Wielkości kostki cukru, albo sześciokątnej matrycy. Cała ludzkość skompresowana do takiego stanu byłaby mniejsza niż dwa razy większa.
gwiazdy neutronowe mają grawitację powierzchniową setki miliardów razy większą od ziemskiej, a pola magnetyczne są jeszcze silniejsze. Gwiazda neutronowa oddalona od nas o połowę galaktyki miała na niej Zdarzenie sejsmiczne, które fizycznie dotknęło nas na ziemi, odległej o 50 000 lat świetlnych.
wszystko o gwiazdach neutronowych jest przerażające. Ale mimo wszystko, nadal nie jesteśmy do końca pewni, jak duże są.
obracająca się gwiazda neutronowa z silnym polem magnetycznym zbiera wokół siebie subatomowe cząstki. Opracowanie graficzne: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University
to znaczy, mamy pojęcie, ale dokładna liczba jest trudna do ustalenia. Są zbyt małe, by zobaczyć je bezpośrednio, więc musimy wywnioskować ich rozmiar z innych obserwacji, a te są nękane niepewnością. Ich wielkość zależy również od ich masy. Ale korzystając z obserwacji promieni rentgenowskich i innych emisji z gwiazd neutronowych, astronomowie odkryli, że mają średnicę 20-30 kilometrów. To malutkie, jak na tak wielką masę! Ale to również irytująco duży zakres. Stać nas na więcej?
tak! Grupa naukowców podeszła do problemu w inny sposób i była w stanie zawęzić Rozmiar tych dzikich, ale małych bestii: Odkryli, że dla gwiazdy neutronowej o masie 1,4 razy większej od Słońca (średnio dla takich obiektów), będzie ona miała średnicę 22,0 km (z niepewnością +0,9/-0,6 km). Uważają, że ich obliczenia są o dwa razy dokładniejsze niż jakiekolwiek inne.
to … małe. Naprawdę małe. Uznałbym 22 km za krótką przejażdżkę rowerem, choć uczciwie robiąc to na Gwieździe neutronowej byłoby trudno.
gwiazda neutronowa jest niewiarygodnie mała i gęsta, pakując masę Słońca w kulę o średnicy zaledwie kilku kilometrów. Ta grafika przedstawia jeden porównywany do Manhattanu. Źródło: NASA Goddard Space Flight Center
skąd mają ten numer? Fizyka, którą zastosowali, jest w rzeczywistości diabelsko skomplikowana, ale w efekcie rozwiązali równanie stanu gwiazdy neutronowej – równania fizyczne, które odnoszą się do cech obiektu, takich jak ciśnienie, objętość i temperatura — aby uzyskać warunki dla modelowej gwiazdy neutronowej o masie 1,4 razy większej niż masa Słońca.
następnie wykorzystali te wyniki i porównali je z obserwacjami zdarzenia z 2017 roku: fuzji dwóch gwiazd neutronowych, która doprowadziła do kolosalnej eksplozji zwanej kilonową. Wydarzenie to, nazwane GW170817, było ogromnym momentem przełomowym dla astronomii, ponieważ zderzające się gwiazdy neutronowe emitowały potężne fale grawitacyjne, dosłownie wstrząsając tkaniną wszechświata. To był nasz pierwszy alarm do tego wydarzenia, ale potem duża część teleskopów na Ziemi i nad ziemią skierowała się w tę część nieba, gdzie stwierdzono połączenie, i zobaczyła samą eksplozję, kilonową. Po raz pierwszy zaobserwowano zjawisko emitujące energię elektromagnetyczną (czyli światło), które po raz pierwszy zaobserwowano w falach grawitacyjnych.
grafika przedstawiająca moment zderzenia dwóch gwiazd neutronowych. Wynikająca z tego eksplozja jest … dość duża. Kredyt: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
nałożono również wiele ograniczeń na zderzające się gwiazdy neutronowe. Przykładowo, po ich połączeniu emitowały one światło w określony sposób i okazuje się, że było to niezgodne z tym, że scalona pozostałość miała wystarczającą masę, aby zapaść się bezpośrednio w czarną dziurę. To się dzieje około 2,4 razy masą słońca, więc wiemy, że obie gwiazdy razem miały mniej masy niż ta. Z drugiej strony, światło było niespójne z tym, że pozostałość była gwiazdą neutronową znacznie poniżej tej granicy. Wygląda na to, że” hipermasywna ” gwiazda neutronowa powstała blisko tej granicy, trwała bardzo krótko, a następnie zapadła się w czarną dziurę.
wszystkie te dane były pożywką dla naukowców obliczających Wielkość gwiazd neutronowych. Porównując ich modele z danymi z GW170817, byli w stanie znacznie zmniejszyć zakres rozsądnych rozmiarów, zerując na średnicę 22 km.
ten rozmiar ma ciekawe implikacje. Na przykład, jedną z rzeczy, na którą naukowcy mają nadzieję, jest połączenie czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. To na pewno będzie wykrywalne, ale pytanie brzmi, czy będzie emitować światło, które widzą bardziej tradycyjne teleskopy? Dzieje się tak, gdy materiał z gwiazdy neutronowej zostaje wyrzucony podczas fuzji, generując dużo światła.
naukowcy w tej nowej pracy sprawdzili Liczby i odkryli, że dla gwiazdy neutronowej o masie 1,4 masy Słońca i średnicy 22 km czarna dziura większa niż około 3,4 masy Słońca nie wyrzuciłaby żadnego materiału! Jest to bardzo niska masa jak na czarną dziurę, i jest bardzo mało prawdopodobne, byśmy zobaczyli taką małą masę, zwłaszcza taką z gwiazdą neutronową, którą może zjeść. Przewidują więc, że zdarzenie to będzie widoczne tylko w falach grawitacyjnych, a nie w świetle. Z drugiej strony, to tylko dla nie wirujących czarnych dziur, a w rzeczywistości większość będzie miała szybki obrót; nie jest jasne, co by się tam stało, ale wyobrażam sobie, że wielu ludzi będzie ponownie uruchamiać swoje modele, aby zobaczyć, co mogą przewidzieć.
posiadanie rozmiaru gwiazdy neutronowej oznacza możliwość lepszego zrozumienia, co dzieje się podczas wirowania, ponieważ ich absurdalnie silne pola magnetyczne wpływają na materiał wokół nich, w jaki sposób gromadzą się nowe materiały i co dzieje się w pobliżu granicy masy między gwiazdą neutronową a czarną dziurą. Co więcej, ponieważ obserwatorzy fal grawitacyjnych LIGO / Virgo dostrajają swój sprzęt, oczekują, że ich czułość wzrośnie, umożliwiając lepsze obserwacje fuzji gwiazd neutronowych, które można następnie wykorzystać do jeszcze większego zaostrzenia ograniczeń wielkości.
przez całe życie fascynowały mnie gwiazdy neutronowe i szczerze mówiąc to jest właściwa postawa. Są resztkami supernowych; zderzają się i wytwarzają złoto, platynę, bar i stront; są siłą napędową pulsarów; mogą generować miażdżące umysły wybuchy energii; i są najgęstszymi obiektami, które nadal można uznać za znajdujące się we wszechświecie (obiekt fizyczny wewnątrz horyzontu zdarzeń czarnej dziury jest na zawsze poza naszym zasięgiem). Daj spokój. Są niesamowite.
i tyle.