gov-civil-vilareal.ptHvor stor er en nøytronstjerne?
>Nøytronstjerner er restene av massive stjerner etter at de ble supernova ; mens stjernens ytre lag eksploderer utover og skaper fyrverkeri bokstavelig talt i kosmisk skala, kollapser stjernens kjerne og blir utrolig komprimert. Hvis kjernen har nok masse, blir den et svart hull , men hvis det er sjenert for den grensen, blir det en ultratett ball som hovedsakelig består av nøytroner.
Statistikken for nøytronstjerner er nøktern . De har en masse på opptil over det dobbelte av solen, men tettheten til en atomkjerne: Over 100 billioner gram per kubikkcentimeter. Det er vanskelig å forstå, men tenk på det på denne måten: Hvis du komprimerte hver eneste bil i USA til nøytronstjerner, ville du få en terning 1 centimeter på en side . Størrelsen på en sukkerbit eller en sekssidig terning. Hele menneskeheten komprimert til en slik tilstand ville være mindre enn dobbelt så bred.
Nøytronstjerner har en overflate -tyngdekraft hundrevis av milliarder ganger jordens, og magnetfeltene er enda sterkere. En nøytronstjerne halve galaksen borte fra oss hadde en seismisk hendelse på den som fysisk påvirket oss her på jorden, 50 000 lysår unna.
Alt om nøytronstjerner er skremmende. Men for alt det, vi er fortsatt ikke helt sikre på hvor store de er .
En roterende nøytronstjerne med et kraftig magnetfelt pisker opp subatomære partikler rundt seg. Kunstkreditt: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University
Jeg mener, vi har en grov idé, men det eksakte tallet er vanskelig å fastslå. De er for små til å se direkte, så vi må utlede størrelsen fra andre observasjoner, og de er plaget med usikkerhet. Størrelsen avhenger også av massen. Men ved å bruke observasjoner av røntgenstråler og andre utslipp fra nøytronstjerner har astronomer funnet ut at de har en diameter på 20–30 kilometer. Det er lite, for en så stor masse! Men det er også et irriterende stort utvalg. Kan vi gjøre det bedre?
Ja! En gruppe forskere har nærmet seg problemet på en annen måte, og har klart å begrense størrelsen på disse voldsomme, men små dyrene : De fant ut at for en nøytronstjerne med en masse på 1,4 ganger solen (omtrent gjennomsnittlig for slike ting), vil den ha en diameter på 22,0 kilometer (med en usikkerhet på +0,9/-0,6 km). De finner ut at beregningen er en faktor to mer nøyaktig enn noen andre gjort før.
Det er ... lite. Som, egentlig liten. Jeg vil vurdere 22 km en kort sykkeltur, men for å være rettferdig ville det være vanskelig å gjøre det på en nøytronstjerne.
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
Så hvordan fikk de dette nummeret ? Fysikken de brukte er faktisk fryktelig komplisert, men det de faktisk gjorde var å løse en nøytronstjernes tilstandsligning - de fysiske ligningene som relaterer egenskaper til et objekt som trykk, volum og temperatur - for å få hvordan forholdene ville være for en modell nøytronstjerne med massen festet til 1,4 ganger solens.
De brukte deretter disse resultatene og sammenlignet dem med observasjoner av en hendelse fra 2017: En sammenslåing av to nøytronstjerner som resulterte i en kolossal eksplosjon kalt en kilonova . Denne hendelsen, kalt GW170817, var et stort vannskille øyeblikk for astronomi, fordi de kolliderende nøytronstjernene avgav kraftige gravitasjonsbølger og bokstavelig talt rystet stoffet i universet. Dette var vårt første varsel om hendelsen, men da rettet en stor brøkdel av teleskoper på og over jorden mot den delen av himmelen der fusjonen viste seg å være, og så selve eksplosjonen, kilonova. Det var første gang en hendelse ble sett som avgir elektromagnetisk energi (det vil si lys ) som først ble sett i gravitasjonsbølger.
Kunstverk som viser øyeblikket for kollisjon mellom to nøytronstjerner. Den resulterende eksplosjonen er ... ganske stor. Kreditt: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
Det satte også mange begrensninger på nøytronstjernene som kolliderte. For eksempel, etter at de fusjonerte, sendte de ut lys på en bestemt måte, og det viser seg at det var inkonsekvent med at den sammenslåtte resten hadde nok masse til å kollapse direkte inn i et svart hull. Det skjer rundt 2,4 ganger solens masse, så vi vet at de to stjernene sammen hadde mindre masse enn det. Omvendt var lyset inkonsekvent med at resten var en nøytronstjernebrønn under den grensen også. Det ser ut som en 'hypermassiv' nøytronstjerne ble dannet nær denne grensen, varte i veldig kort tid og deretter kollapset i et svart hull.
Alle disse dataene var fôr for forskerne som beregnet nøytronstjernestørrelsen. Ved å sammenligne modellene sine med dataene fra GW170817, klarte de å redusere størrelsesområdet som var fornuftig, ved å nullstille 22 km -diameteren.
Denne størrelsen har interessante implikasjoner. For eksempel er en ting gravitasjonsbølgeforskerne håper å se, sammenslåingen av et svart hull og en nøytronstjerne. Dette vil definitivt være påviselig, men spørsmålet er om det vil avgi noe lys som mer tradisjonelle teleskoper kan se? Det skjer når materiale fra nøytronstjernen blir kastet ut under fusjonen, og genererer mye lys.
Forskerne i dette nye verket kjørte tallene, og fant ut at for et nøytronstjerne på 1,4 solmasser og 22 km diameter, ville ethvert svart hull større enn omtrent 3,4 ganger solens masse ikke kast ut alt materiale! Det er en veldig lav masse for et svart hull, og det er svært lite sannsynlig at vi vil se en så lav masse, spesielt en med en nøytronstjerne den kan spise. Så de spår at denne hendelsen bare vil bli sett i gravitasjonsbølger og ikke lys. På den annen side er det bare for ikke-spinnende sorte hull, og i virkeligheten vil de fleste få et raskt snurr; det er uklart hva som ville skje der, men jeg forestiller meg at mange vil kjøre modellene sine igjen for å se hva de kan forutsi.
Å ha størrelsen på en nøytronstjerne betyr å være i stand til bedre å forstå hva som skjer mens de snurrer, ettersom deres latterlig kraftige magnetfelt påvirker materialet rundt dem, hvordan de samler nytt materiale og hva som skjer nær massegrensen mellom en nøytronstjerne og en svart hull. Enda bedre, som LIGO / Virgo gravitasjonsbølgeobservatorium folk finjusterer utstyret sitt, de forventer at følsomheten øker, slik at bedre observasjoner av nøytronstjernesammenslåinger, som deretter kan brukes til å stramme størrelsesbegrensningene enda mer.
Jeg har vært fascinert av nøytronstjerner hele mitt liv, og for å være ærlig er det den riktige holdningen. De er rester fra supernovaer; de kolliderer og lager gull, platina, barium og strontium; de er kraftverket bak pulsarer; de kan generere tankeknusende energisprengninger; og er de tetteste objektene du fortsatt kan vurdere å være i universet (det fysiske objektet inne i et svart hulls hendelseshorisont er for alltid utenfor vår rekkevidde). Jeg mener, kom igjen . Det er de fantastisk .
Og det om størrelser dem opp.
tom og jerry: tilbake til oz
