Istraživači su pronašli novi način da otkriju neke od najkatastrofalnijih događaja spajanja u svemiru prije nego što se dogode.
Neutronske zvijezde, izuzetno guste jezgre masivnih mrtvih zvijezda koje se spiralno kreću jedna prema drugoj ili u crnu rupu, mogu podići plimne valove u oceanima teških nabijenih čestica koje okružuju neutronske zvijezde. Istraživači su otkrili da se ovi plimni talasi manifestuju redovnim naletima elektromagnetnog zračenja koje može poslužiti kao sistem ranog upozorenja za predstojeća spajanja.
Neutronske zvijezde su vjerovatno najekstremniji objekti u svemiru. Da, crne rupe su možda egzotičnije, ali su relativno jednostavne – samo imaju veliku gravitaciju. Nasuprot tome, neutronske zvijezde su u suštini gigantske atomske jezgre, a to uključuje zanimljivu i složenu fiziku koju crne rupe nemaju.
Tipična neutronska zvijezda ima prečnik od samo nekoliko kilometara, ali može težiti nekoliko puta veću od mase Sunca. Oni se gotovo u potpunosti sastoje od neutrona (otuda i naziv), ali sadrže populacije slobodnih elektrona, protona i jona teških jezgara. Rađaju se iz supernova – eksplozija umirućih masivnih zvijezda – a neke od njih mogu sadržavati najjača magnetna polja u cijelom svemiru.
Unutrašnjost neutronskih zvijezda je najmisterioznija jer su pritisak i gustina toliko veliki da su izvan našeg trenutnog znanja fizike. Neki modeli sugeriraju da su jezgra jednostavno jednoličan tok neutrona, dok drugi sugeriraju da se sami neutroni raspadaju u svoje kvarkove. Iza unutrašnjeg jezgra nalazi se tvrda, glatka masa neutrona koja se polako pretvara u složenije uzorke, poput blokova i niti, poznatih pod zajedničkim nazivom nuklearna pasta.
Vjeruje se da se vanjska kora neutronske zvijezde sastoji od superfluidnih elektrona i neutrona koji ustupaju mjesto kristalnoj rešetki dok se približava površini. Konačno, tu je i okean – sloj tekućih elektrona, neutrona i jona na dubini od 10 do 100 m.
Izuzetno egzotična priroda materije u ovim uslovima – superfluidni neutroni se obično ne dešavaju tek tako – čini neutronske zvezde glavnim kandidatima za proučavanje ekstremne fizike. Ova ideja je poboljšana nakon otkrića GW 170817, signala gravitacionog talasa koji je detektovan zajedno sa elektromagnetskom emisijom dve neutronske zvezde koje se spajaju. Ko-detekcija, nazvana astronomija sa više glasnika, omogućava fizičarima da ispitaju jezgra neutronskih zvijezda kao nikada prije.
Ali otkako su gravitacijski valovi prvi put otkriveni 2017. godine, nismo vidjeli nikakve druge događaje spajanja neutronskih zvijezda, što je razočaravajuće jer su neutronske zvijezde jedna od najboljih prirodnih laboratorija za testiranje fizike visokih energija.
Ali sada nova metoda posmatranja egzotičnog ponašanja neutronskih zvijezda može značiti da nećemo morati dugo čekati. Novi rad, objavljen u maju u bazi podataka preprinta arXiv, fokusira se na okeane neutronskih zvijezda, koji, osim slobodnih elektrona i neutrona, mogu sadržavati i ugljik, kisik i željezo. Iako su okeani relativno plitki u poređenju sa cijelom dubinom neutronske zvijezde, oni su vanjski sloj (ne računajući nevjerovatno tanku "atmosferu") i dio neutronske zvijezde koji najlakše reagira na vanjski svemir.
Konkretno, istraživači su otkrili da ovi plitki okeani mogu podržavati plimu poput okeana na Zemlji. Ali za podizanje plime na neutronskoj zvijezdi potrebno je mnogo više gravitacije da bi se savladala sva ta ekstremna gravitacija. Plime u neutronskim zvijezdama pojavljuju se samo kada je neutronska zvijezda dovoljno blizu masivnog, gustog objekta, kao što je druga neutronska zvijezda ili crna rupa.
Na sreću, takve binarne veze su relativno česte, jer se zvijezde obično formiraju u više sistema, a zatim prolaze kroz svoje životne cikluse, ostavljajući za sobom kombinacije crnih rupa i neutronskih zvijezda.
Kada se neutronska zvijezda počne spajati s drugom neutronskom zvijezdom ili crnom rupom, objekti se polako spiralno spajaju tokom nekoliko godina. Dok se rotiraju, gravitacioni talasi uzimaju energiju iz sistema, privlačeći par bliže. Uostalom, u posljednjim trenucima spajanje je završeno za nekoliko sekundi.
Ali prije nego što se to dogodi, satelit u orbiti može pokrenuti niz rezonantnih plime i oseke na neutronskoj zvijezdi. Ove plime mogu održavati frekvenciju do 100 megaherca i nositi do ogromnih 10^29 džula energije. Da bismo vam dali predstavu o tome koliki je taj broj, cijela ljudska rasa koristi samo 10^20 džula svake godine. Rezonantni talas jedne neutronske zvezde ima više energije od celokupnog zračenja Sunca tokom 10 hiljada godina.
Za razliku od okeanskih talasa, ove plime se sastoje od okeana plazme. Ekstremni električni naboji znače da plime i oseke mogu emitovati intenzivne rafale elektromagnetnog zračenja koje nam mogu izgledati kao rendgenski i gama-zraci.
Na osnovu svojih proračuna, istraživači su procijenili da svemirske opservatorije kao što su Fermi svemirski gama-teleskop i Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) mogu otkriti nekoliko neutronskih zvijezda svake godine, te da će se ovi signali pojaviti i do nekoliko godina prije konačnog spajanje.
Sa ovim upozorenjem, astronomi mogu pripremiti svoje teleskope i opservatorije da budu spremni da uhvate trenutak samog spajanja i udube se u još vrednije podatke o elektromagnetnim i gravitacionim talasima.
Možete pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih osvajača. Najbolji način da to učinite je da donirate sredstva Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili preko službene stranice NBU.
Pretplatite se na naše stranice u Twitter to Facebook.
Pročitajte također: