Изследователите са открили нов начин за откриване на някои от най-катастрофалните сливания във Вселената, преди да се случат.
Неутронните звезди, изключително плътните ядра на масивни мъртви звезди, спираловидно една към друга или в черна дупка, могат да предизвикат приливни вълни в океаните от тежки заредени частици, заобикалящи неутронните звезди. Изследователите откриха, че тези приливни вълни се проявяват чрез редовни изблици на електромагнитно излъчване, което може да служи като система за ранно предупреждение за предстоящи сливания.
Неутронните звезди са може би най-екстремните обекти във Вселената. Да, черните дупки може да са по-екзотични, но са сравнително прости - просто имат много гравитация. За разлика от тях, неутронните звезди са по същество гигантски атомни ядра и това включва интересна и сложна физика, която черните дупки нямат.
Типичната неутронна звезда има диаметър само няколко километра, но може да тежи няколко пъти повече от масата на Слънцето. Те се състоят почти изцяло от неутрони (оттук и името), но съдържат популации от свободни електрони, протони и йони на тежки ядра. Те се раждат от свръхнови – експлозиите на умиращи масивни звезди – и някои от тях може да съдържат най-силните магнитни полета в цялата вселена.
Вътрешността на неутронните звезди е най-мистериозната, защото налягането и плътността са толкова големи, че са извън сегашните ни познания по физика. Някои модели предполагат, че ядрата са просто еднакъв поток от неутрони, докато други предполагат, че самите неутрони се разпадат на своите кварки. Зад вътрешното ядро има твърда, гладка маса от неутрони, която бавно се трансформира в по-сложни модели, като блокове и нишки, известни като ядрена паста.
Смята се, че външната кора на неутронната звезда се състои от свръхфлуидни електрони и неутрони, които отстъпват място на кристална решетка, когато се приближи до повърхността. И накрая, има океан - слой от течни електрони, неутрони и йони на дълбочина от 10 до 100 m.
Изключително екзотичният характер на материята при тези условия – свръхтечните неутрони обикновено не се случват просто така – прави неутронните звезди основни кандидати за изучаване на екстремна физика. Тази идея беше усъвършенствана след откриването на GW 170817, сигнал от гравитационна вълна, открит заедно с електромагнитното излъчване на две сливащи се неутронни звезди. Съвместното откриване, наречено астрономия с множество съобщения, позволява на физиците да изследват ядрата на неутронни звезди, както никога досега.
Но откакто гравитационните вълни бяха открити за първи път през 2017 г., не сме виждали други събития на сливане на неутронни звезди, което е разочароващо, защото неутронните звезди са една от най-добрите лаборатории в природата за тестване на физика на високи енергии.
Но сега нов метод за наблюдение на екзотичното поведение на неутронните звезди може да означава, че няма да се налага да чакаме още дълго. Новата статия, публикувана през май в базата данни за препечатки arXiv, се фокусира върху океаните от неутронни звезди, които освен свободни електрони и неутрони могат да съдържат и въглерод, кислород и желязо. Въпреки че океаните са относително плитки в сравнение с цялата дълбочина на неутронната звезда, те са външният слой (без да броим невероятно тънката „атмосфера“) и частта от неутронната звезда, която най-лесно реагира на външната вселена.
По-специално, изследователите установиха, че тези плитки океани могат да поддържат приливи и отливи като океаните на Земята. Но за да се повиши приливът на неутронна звезда, е необходимо много повече гравитационно привличане, за да се преодолее цялата тази екстремна гравитация. Приливите и отливите в неутронните звезди се появяват само когато неутронната звезда е достатъчно близо до масивен, плътен обект, като друга неутронна звезда или черна дупка.
За щастие такива двоични системи са сравнително често срещани, тъй като звездите обикновено се формират в множество системи и след това преминават през своите жизнени цикли, като в крайна сметка оставят след себе си комбинации от черни дупки и неутронни звезди.
Когато една неутронна звезда започне да се слива с друга неутронна звезда или черна дупка, обектите бавно спираловидно заедно в продължение на няколко години. Докато се въртят, гравитационните вълни отнемат енергия от системата, придърпвайки двойката по-близо. В края на краищата, в последните моменти сливането се извършва за няколко секунди.
Но преди това да се случи, орбитиращият сателит може да предизвика поредица от резонансни приливи и отливи върху неутронната звезда. Тези приливи могат да поддържат честота до 100 мегахерца и да пренасят до колосалните 10^29 джаула енергия. За да ви дадем представа колко голямо е това число, цялата човешка раса използва само 10^20 джаула всяка година. Резонансната вълна на една неутронна звезда има повече енергия от цялото излъчване на Слънцето за 10 хиляди години.
За разлика от океанските вълни, тези приливи и отливи се състоят от океан от плазма. Изключителните електрически заряди означават, че приливите и отливите могат да излъчват интензивни изблици на електромагнитно лъчение, което може да ни изглежда като рентгенови и гама-лъчи.
Въз основа на своите изчисления изследователите изчисляват, че космическите обсерватории като космическия гама-лъчев телескоп Fermi и ядрено-спектроскопичният телескоп (NuSTAR) могат да открият няколко неутронни звезди всяка година и че тези сигнали ще се появят до няколко години преди окончателния сливане.
С това предупреждение астрономите могат да подготвят своите телескопи и обсерватории да бъдат готови да уловят момента на самото сливане и да се задълбочат в още по-ценни данни за електромагнитни и гравитационни вълни.
Можете да помогнете на Украйна да се бори срещу руските нашественици. Най-добрият начин да направите това е да дарите средства на въоръжените сили на Украйна чрез Savelife или през официалната страница НБУ.
Абонирайте се за нашите страници в Twitter че Facebook.
Прочетете също: