gov-civil-vilareal.ptDet høyeste fjellet på en nøytronstjerne kan være en brøkdel av en millimeter høyt
>Det høyeste fjellet på jorden - målt fra basen til toppen - er vulkanen Mauna Kea på 10.200 meter høy.
På en nøytronstjerne ville det høyeste fjellet være en millimeter høy. Kanskje så mye som en centimeter.
Det viser ny forskning ferdig med å se på hvordan disse bittesmå, men latterlig kraftige objektene fungerer. Det kan virke litt esoterisk å lure på hvor høyt et fjell kan være på den ultrakompakte levningen av en massiv stjernekjerne, men det viser seg å ha noen ganske viktige implikasjoner for astronomien.
Nøytronstjerner dannes når stjerner omtrent 8–20 ganger solmassen avslutter livet. De ytre lagene av stjernen eksploderer utad som en supernova, men kjernen kollapser nedover. Kjernen starter hundretusenvis av kilometer på tvers, men trekker seg ned i en sfære som er mindre enn 30 kilometer bred. Alle protonene og elektronene i atomelementene i kjernen (pluss antineutrinoer, hvis du holder poengsummen) kombineres for å danne nøytroner og danner en nøytronstjerne.
De er utrolig, nesten urimelig tette, med hele hundre millioner tonn pakket inn i hver kubikkcentimeter materiale (kalt nøytronium ). Dette gjør overflatetyngdekraften til å knuse, omtrent en milliard ganger så stor som Jordens.
TIL milliarder . På en nøytronstjerne ville jeg veie like mye som et lite fjell.
En nøytronstjerne er utrolig liten og tett, og pakker solmassen til en ball bare noen få kilometer på tvers. Dette kunstverket skildrer en sammenlignet med Manhattan. Kreditt: NASAs Goddard Space Flight Center
Men jeg ville ikke være i nærheten av så høy. Tyngdekraften er så sterk at alt som prøver å hoper seg vil bli knust. Det er også sant på jorden: Fjell kan bare bli så høye før deres egen vekt får dem til å falle; tingene på toppen skyver ned på tingene under den, som deretter renner bort. Derfor er høye fjell laget av hard stein. Prøv å lage en av gjørme, så blir den ikke veldig høy før den kollapser.
Dette problemet er milliarder ganger verre på en nøytronstjerne. Et annet problem er at et fjell trenger støtte av jordskorpen under det. Jordskorpen kan bare ta så mye vekt før trykket får den til å deformere, og begrenser størrelsen på fjell også.
En nøytronstjerne har også en skorpe av materiale, og den er langt sterkere enn jordens. Men med hundre milliarder ganger den nedadgående kraften kan selv en nøytronstjerneskare bare ta så mye.
Hvor mye?
Kunstverk som viser magnetfeltet rundt en nøytronstjerne. Kreditt: Casey Reed / Penn State University
Dette problemet har blitt løst av forskere i et par tiår nå, men det er vanskelig. For det første er tyngdekraften så sterk at bruk av Isaac Newtons enkle matematiske formler ikke fungerer. Du må bruke Einsteins generelle relativitet, som er mye mer kompleks, men løser likningene lettere.
Du må også vite hvor sterk en nøytronstjerneskare er, og det er et kvantemekanisk problem, som er ... vanskelig. Imidlertid kan det gjøres tilnærminger som gjør det lettere å finne ut. Det vanlige svaret du finner er at et fjell på en nøytronstjerne kan bli omtrent 10 centimeter høyt før det sprekker gjennom skorpen.
Imidlertid gjør matematikken som ble brukt til å beregne dette en morsom antagelse: At fjellet legger press på hele skorpen, og ikke bare stedet den sitter på. Denne forutsetningen gjør matematikken mye enklere, men det virker klart at du lokalt vil ha et stort problem å lage et fjell på en nøytronstjerne lenge før hele skorpen knuser.
Det nye verket ser nærmere på det. De finner ut at den kritiske størrelsen på et fjell avhenger av mange andre faktorer, inkludert hvordan det er laget (kanskje blir materialet trukket av en ledsagerstjerne, eller det onde sterke magnetfeltet hjelper til med å løfte materie fra overflaten). Når de gjør sine beregninger, finner de ut at det høyeste fjellet kan være opptil en centimeter høyt, men kan variere ned til mindre enn en millimeter, avhengig av spesifikke lokale forhold.
En roterende nøytronstjerne med et kraftig magnetfelt pisker opp subatomære partikler rundt seg. Kunstkreditt: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University
Et fjell mindre enn en millimeter høyt! Det er en ti-milliontedel så høy som Mauna Kea. Likevel vil det fortsatt være milliarder ganger vanskeligere å klatre på grunn av den voldsomme tyngdekraften. Jeg er utslitt av å klatre noen få tusen meter her på jorden, så jeg antar at jeg vil sette planer om å gå på neutronstjerne.
En annen måte å tenke på det: Mauna Keas høyde er 0,08% av jordens diameter. Høyden på et 1 mm fjell på en nøytronstjerne er 0,000003% av dens diameter. Bitte liten. Nøytronstjerner er glatt .
Alt dette viser seg å ha interessante implikasjoner. Nøytronstjerner har en tendens til å snurre raskt, og tar fra flere sekunder til noen ganger bare en håndfull millisekunder å snurre en gang. Over tid reduseres den hastigheten ettersom nøytronstjernen mister rotasjonsenergi til forskjellige faktorer. For eksempel kan det kraftige magnetfeltet feie ladede subatomære partikler i rommet rundt det. Det fungerer som en fallskjerm og skaper drag som bremser spinnet.
Men de kan også utstråle gravitasjonsbølger og bokstavelig talt riste stoffet i romtiden . Et perfekt symmetrisk spinnende objekt som en kule eller til og med en flat kule vil ikke avgi disse bølgene, men noen avvik fra det vil lage dem. Som, si en støt på en nøytronstjernes side. Det kaster symmetrien og skaper gravitasjonsbølgene . Disse bølgene får sin energi fra stjernens spinn, slik at når de genereres, vil stjernens rotasjon bremse.
dårlig løytnant: anløpshavn new orleans
Vi har aldri oppdaget disse bølgene fra en roterende nøytronstjerne, men forskere håper å se dem en dag. Størrelsen på fjellet vil avgjøre hvor mye energi bølgene har, så hvis vi noen gang vil oppdage dem må vi forstå hvordan fjell på nøytronstjerner oppfører seg.
Pluss at disse beregningene bare er interessante i seg selv. Nøytronstjerner er fascinerende og skremmende og grunnen bak mange enda mer skremmende fenomener som magnetarer (ja, les dette om magnetarer hvis du tør). Så jo mer vi forstår dem, jo bedre.
Og det er bare kult. Et fjell mindre enn et sandkorn, men et som veier billioner og billioner ganger mer! Universet er et så rart sted, og jo mer vi lærer om det, jo merkeligere og mer fantastisk det blir.
