Kokio dydžio yra neutroninė žvaigždė? Šios ekstremalios, itin tankiai subyrėjusios žvaigždės yra gana mažos, kiek tai susiję su žvaigždžių objektais. Nors jose yra viso dydžio žvaigždės masė, jų dydis dažnai lyginamas su vidutinio ir didelio miesto pločiu. Daugelį metų astronomai neutronines žvaigždes fiksavo kažkur tarp 19–27 km (12–17 mylių). Tai gana tiksliai, atsižvelgiant į neutroninių žvaigždžių atstumus ir savybes. Tačiau astronomai stengėsi susiaurinti tai iki lygausdaugiautikslus matavimas.
Tarptautinė tyrėjų komanda dabar tai padarė. Naudodami duomenis iš kelių skirtingų teleskopų ir observatorijų, Maxo Plancko gravitacinės fizikos instituto, Alberto Einšteino instituto (AEI) nariai sumažino neutroninių žvaigždžių dydžio įvertinimus du kartus.
„Mes nustatėme, kad tipinės neutroninės žvaigždės, kuri yra maždaug 1,4 karto sunkesnė už mūsų Saulę, spindulys yra apie 11 kilometrų“, – sakė Badri Krishnanas, vadovavęs AEI Hanoverio tyrimų grupei. „Mūsų rezultatai riboja spindulį iki 10,4–11,9 kilometro.
Tai reiškia, kad skersmuo yra 20,8–23,8 km (13–14,8 mylių).
GW170817 švytėjimas rodomas stambiu planu, užfiksuotu NASA Hablo kosminiu teleskopu, ir matyti, kad jis blėsta dienomis ir savaitėmis. KREDITAS: NASA ir ESA: A. Levan (U. Warwick), N. Tanvir (U. Leicester) ir A. Fruchter ir O. Fox (STScI)
Šios komandos tyrimo objektas gana garsus: t Dvejetainių neutroninių žvaigždžių susijungimas GW170817, sukūręs gravitacines bangas, kurias 2017 m. aptiko LIGO (lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorija) ir Virgo konsorciumas. Šis objektas daugybę kartų buvo tiriamas keliais teleskopais, įskaitant Fermi palydovą, Hablo kosminį teleskopą ir kitus teleskopus bei observatorijas visame pasaulyje. Visi šie stebėjimai suteikė Maxo Plancko komandai daugybę duomenų, su kuriais turėjo dirbti.
„Dvejetainių neutroninių žvaigždžių susijungimas yra informacijos aukso kasykla! sakė Collinas Capano, AEI Hanoverio tyrėjas ir pagrindinis a Straipsnis, paskelbtas Nature Astronomy. „Neutroninėse žvaigždėse yra tankiausia medžiaga stebimoje visatoje. … Matuodami šių objektų savybes, sužinome apie pagrindinę fiziką, kuri valdo materiją subatominiu lygmeniu.
Neutroninės žvaigždės susidaro, kai baigiasi masyvi žvaigždės kuras ir ji subyra. Pati centrinė žvaigždės sritis – šerdis – subyra, susmulkindama kiekvieną protoną ir elektroną į neutroną. Jei griūvančios žvaigždės šerdies masė yra nuo 1 iki 3 Saulės masės, šie naujai sukurti neutronai gali sustabdyti žlugimą, palikdami po savęs neutroninę žvaigždę.
Dar didesnę masę turinčios žvaigždės ir toliau subyrės į žvaigždžių masės juodąsias skyles.
Menininko iliustruota dviejų susiliejančių neutroninių žvaigždžių iliustracija. Siauri pluoštai vaizduoja gama spindulių pliūpsnį, o banguojantis erdvėlaikio tinklelis rodo izotropines gravitacines bangas, apibūdinančias susijungimą. Sūkuriuojantys medžiagos debesys, išstumti iš susiliejančių žvaigždžių, yra galimas šviesos šaltinis, kuris buvo matomas esant žemesnei energijai. Autoriai: Nacionalinis mokslo fondas / LIGO / Sonomos valstijos universitetas / A. Simonnet
Tačiau žlugimas į neutroninę žvaigždę sukuria tankiausią žinomą objektą – vėlgi objektą, kurio saulės masė sutraiškyta iki miesto dydžio. Ir tikriausiai jau girdėjote šį kitą palyginimą, bet verta pakartoti, nes jis yra dramatiškas: vienas cukraus kubas neutroninės žvaigždės medžiagos Žemėje svertų apie 1 trilijoną kilogramų (arba 1 milijardą tonų) – maždaug tiek pat, kiek kalnas. Everestas.
Tyrimo grupė naudojo modelį, pagrįstą esminiu supratimu apie tai, kaip subatominės dalelės sąveikauja esant dideliam tankiui, randamam neutroninių žvaigždžių viduje.
Tačiau kadangi kitų žvaigždžių dydis gali labai skirtis, ar negalėtų skirtis ir neutroninių žvaigždžių dydis?
Pirmiausia, siekiant paaiškinti, šiame tyrime nurodytas spindulys yra neutroninei žvaigždei, kurios masė 1,4 karto didesnė už mūsų Saulės masę.
„Tai yra atskaitos masė, kuri paprastai naudojama literatūroje, nes beveik visų neutroninių žvaigždžių, kurios buvo pastebėtos dvinarės, masė yra artima šiai vertei“, – elektroniniame laiške „Universe Today“ sakė Capano. „Priežastis, dėl kurios galime naudoti GW170817 1,4 saulės masės neutroninės žvaigždės spinduliui įvertinti, yra ta, kad tikimės, kad beveik visos neutroninės žvaigždės bus pagamintos iš tų pačių medžiagų.
Kitų „įprastų“ žvaigždžių santykis tarp jų masės ir spindulio priklauso nuo daugelio kintamųjų, pavyzdžiui, elemento, kurį žvaigždė susilieja savo šerdyje, paaiškino Capano.
„Kita vertus, neutroninės žvaigždės yra tokios kompaktiškos ir tankios, kad jose iš tikrųjų nėra atskirų atomų – visa žvaigždė iš esmės yra milžiniškas vienas atominis branduolys, susidedantis beveik vien iš neutronų, sandariai supakuotų“, – sakė jis. „Dėl šios priežasties jūs negalite galvoti apie neutronines žvaigždes kaip sudarytas iš galbūt skirtingų elementų. Tiesą sakant, „elementas“ iš tikrųjų neturi jokios reikšmės esant tokiam tankiui, nes elementą apibrėžia protonų, esančių jį sudarančiose atomuose, skaičius.
Capano teigė, kad kadangi visi neutronai yra sudaryti iš tų pačių dalykų (kvarkų, kuriuos kartu laiko gliuonai), astronomai tikisi, kad bus visuotinis masės ir spindulio žemėlapis, taikomas visoms neutroninėms žvaigždėms.
„Taigi, kai nurodome galimą 1,4 Saulės masės neutroninės žvaigždės dydį, tai, ką mes iš tikrųjų darome, yra galimų fizinių dėsnių, apibūdinančių subatominį pasaulį, apribojimas“, - sakė jis.
Kaip komanda aprašo savo darbe, jų rezultatai ir procesai taip pat gali būti taikomi tiriant kitus astronominius objektus, tokius kaip pulsarai, magnetarai ir netgi gravitacinių bangų išskyrimo būdas, siekiant pateikti išsamią informaciją apie tai, kas sukuria šias bangas.
„Šie rezultatai yra įdomūs ne tik todėl, kad sugebėjome žymiai pagerinti neutroninių žvaigždžių spindulių matavimus, bet ir todėl, kad tai suteikia mums langą į galutinį neutroninių žvaigždžių likimą susiliejant dvinariai“, – sakė publikacijos bendraautorė Stephanie Brown. ir AEI Hanoverio doktorantas.
Daugiau:
Popierius: Griežti neutronų žvaigždžių spindulių apribojimai, susiję su kelių pasiuntinių stebėjimais ir branduoline teorija
Maxo Plancko instituto pranešimas spaudai
