Noul instrument permite oamenilor de știință să privească în interiorul stelelor neutronice

Noul instrument permite oamenilor de știință să privească în interiorul stelelor neutronice

Fuziunea stelelor neutronice și a undelor gravitaționale pe care le produc. Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

Imaginați-vă că luați o stea de două ori masa Soarelui și o zdrobiți până la dimensiunea Manhattanului. Rezultatul ar fi o stea neutronică – unul dintre cele mai dense obiecte găsite oriunde în univers, depășind cu un factor de zeci de trilioane densitatea oricărei materii naturale de pe Pământ. Stelele neutronice sunt obiecte astrofizice neobișnuite în sine, dar densitatea lor extremă le poate permite, de asemenea, să servească drept laboratoare pentru studierea problemelor fundamentale ale fizicii nucleare, în condiții care nu ar putea fi niciodată reproduse pe Pământ.


Din cauza acestor circumstanțe ciudate, oamenii de știință încă nu înțeleg exact ce stele neutronice Ei înșiși sunt formați din așa-numita „ecuație de stare” (EoS). Determinarea acestuia este obiectivul principal al cercetării astrofizice moderne. O nouă piesă a puzzle-ului, care limitează gama de posibilități, a fost descoperită de doi cercetători de la IAS: Caroline Raethel, John N. Bahkal Fellow la Colegiul de Științe Naturale; Și Elias Most, membru al școlii și John A. Wheeler la Universitatea Princeton. Lucrarea lor a fost publicată recent în Scrisori din jurnalul astrofizic.

În mod ideal, oamenii de știință ar dori să arunce o privire la aceste obiecte ciudate, dar sunt prea mici și prea departe pentru a fi fotografiate cu telescoapele standard. Oamenii de știință se bazează în schimb pe proprietățile indirecte pe care le pot măsura – cum ar fi masa și raza unei stele neutronice – pentru a calcula EoS, în același mod în care s-ar putea folosi lungimea laturii unui triunghi dreptunghic pentru a calcula ipotenuza. Cu toate acestea, este foarte dificil să măsori cu precizie raza unei stele neutronice. O alternativă promițătoare pentru observațiile viitoare este utilizarea unei mărimi numită „frecvență spectrală de vârf” (sau f.).2) in locul lui.

Stelele neutronice condamnate se învârt spre dispariția lor în această animație. Undele gravitaționale (arcuri palide) deviază energia orbitală, determinând stelele să se apropie și să se îmbine. Când stelele se ciocnesc, o parte din resturi sunt aruncate în jeturi de particule care se mișcă aproape cu viteza luminii, producând o explozie scurtă de raze gamma (violet). Pe lângă jeturile ultrarapide care alimentează razele gamma, fuziunea generează și resturi care se mișcă mai lentă. Fluxul de ieșire determinat de acumulare pe reziduul de fuziune emite lumină ultravioletă (violetă) care se estompează rapid. Un nor dens de resturi fierbinți scos din stele neutronice chiar înainte de coliziune produce lumină vizibilă și infraroșie (albastru-alb prin roșu). Stralucirea razelor ultraviolete, optice și infraroșii apropiate sunt denumite în mod colectiv kilonova. Mai târziu, de îndată ce rămășițele avionului îndreptat spre noi s-au lărgit în linia noastră de vedere, au fost dezvăluite raze X (albastre). Această animație reprezintă fenomene observate până la nouă zile după GW170817. Credit: Centrul de zbor spațial Goddard al NASA/CI Lab

Dar cum este f2 măsurat? Ciocnirile dintre stele neutronice, guvernate de legile teoriei relativității lui Einstein, duc la izbucniri puternice de emisie de unde gravitaționale. În 2017, oamenii de știință au măsurat direct aceste emisii pentru prima dată. „În principiu, cel puțin, vârful de frecvență spectrală poate fi calculat din semnalul undei gravitaționale emis de rămășițele oscilante ale două stele neutronice care fuzionează”, spune Most.

Era de așteptat anterior ca f2 Ar fi o alternativă rezonabilă la rază, deoarece cercetătorii cred – până acum – că este o potrivire directă sau „aproape universală” între ei. Cu toate acestea, Raithel și Most dovedesc că acest lucru nu este întotdeauna adevărat. Ei arată că identificarea EoS nu este același lucru cu rezolvarea unei simple probleme de acord. În schimb, este mai degrabă ca și cum ai calcula cea mai lungă latură a unui triunghi neregulat, deoarece avem nevoie și de o a treia informație: unghiul dintre cele două laturi mai scurte. Pentru Raithel și Most, această a treia informație este „relația masă-rază pantă”, care codifică informații despre EoS la densități mai mari (și, prin urmare, în condiții mai extreme) decât numai raza.

Această nouă descoperire va permite cercetătorilor să lucreze cu următoarea generație de observatoare de unde gravitaționale (succesoare ale LIGO care funcționează în prezent) pentru a utiliza mai bine datele obținute după fuzionarea stelelor neutronice. Potrivit lui Raithel, aceste date ar putea dezvălui componentele de bază ale materiei stelelor neutronice. „niste previziuni teoretice Raythel subliniază că în nucleele stelelor neutronice, tranzițiile de fază pot dizolva neutronii în particule subatomice numite quarci. Aceasta înseamnă că stelele conțin în ele o mare de materie de quarci libere. Munca noastră poate ajuta cercetătorii de mâine să stabilească dacă acest lucru este adevărat Tranziții de fază deja vorbit.”


Undele gravitaționale pot dovedi existența plasmei cuarc-gluon


mai multe informatii:
Carolyn A. Raethel și colab., descriu prăbușirea cvasi-universală în undele gravitaționale postfuziune de la fuziunea stelelor de neutroni binare, Scrisori din jurnalul astrofizic (2022). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac7c75

citatul: Noul instrument le permite oamenilor de știință să privească în interiorul stelelor neutronice (2022, 17 octombrie) Preluat la 18 octombrie 2022 de la https://phys.org/news/2022-10-tool-scientists-peer-neutron-stars.html

Acest document este supus dreptului de autor. În ciuda oricărei tranzacții echitabile în scopul studiului sau cercetării private, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar în scop informativ.

READ  SpaceX vizează 52 Falcon 9, Falcon Heavy se lansează în 2022

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *