Vědci našli nový způsob, jak odhalit některé z nejkatastrofičtějších slučovacích událostí ve vesmíru dříve, než k nim dojde.
Neutronové hvězdy, extrémně hustá jádra masivních mrtvých hvězd spirálovitě k sobě nebo do černé díry, mohou vyvolat slapové vlny v oceánech těžkých nabitých částic obklopujících neutronové hvězdy. Vědci zjistili, že tyto přílivové vlny se projevují pravidelnými výbuchy elektromagnetického záření, které mohou sloužit jako systém včasného varování před hrozícími fúzemi.
Neutronové hvězdy jsou pravděpodobně nejextrémnějšími objekty ve vesmíru. Ano, černé díry jsou možná exotičtější, ale jsou relativně jednoduché – mají jen velkou gravitaci. Naproti tomu neutronové hvězdy jsou v podstatě obří atomová jádra a to zahrnuje zajímavou a složitou fyziku, kterou černé díry nemají.
Typická neutronová hvězda má průměr jen několik kilometrů, ale může vážit několikanásobek hmotnosti Slunce. Skládají se téměř výhradně z neutronů (odtud název), ale obsahují populace volných elektronů, protonů a iontů těžkých jader. Rodí se ze supernov – výbuchů umírajících hmotných hvězd – a některé z nich mohou obsahovat nejsilnější magnetická pole v celém vesmíru.
Vnitřek neutronových hvězd je nejzáhadnější, protože tlak a hustota jsou tak velké, že přesahují naše současné znalosti fyziky. Některé modely naznačují, že jádra jsou jednoduše jednotným proudem neutronů, zatímco jiné naznačují, že samotné neutrony se rozpadají na své kvarky. Za vnitřním jádrem je tvrdá, hladká masa neutronů, která se pomalu přeměňuje na složitější vzory, jako jsou bloky a vlákna, souhrnně známé jako jaderná pasta.
Předpokládá se, že vnější kůra neutronové hvězdy se skládá ze supratekutých elektronů a neutronů, které uvolňují cestu krystalové mřížce, když se blíží k povrchu. Nakonec je tu oceán – vrstva kapalných elektronů, neutronů a iontů v hloubce 10 až 100 m.
Extrémně exotická povaha hmoty za těchto podmínek – supratekuté neutrony se obvykle jen tak nevyskytují – činí z neutronových hvězd hlavní kandidáty pro studium extrémní fyziky. Tato myšlenka byla upřesněna po objevu GW 170817, signálu gravitační vlny detekovaného spolu s elektromagnetickou emisí dvou splývajících neutronových hvězd. Společná detekce, nazývaná multi-messenger astronomie, umožňuje fyzikům zkoumat jádra neutronových hvězd jako nikdy předtím.
Ale od té doby, co byly gravitační vlny poprvé detekovány v roce 2017, jsme neviděli žádné další události sloučení neutronových hvězd, což je zklamáním, protože neutronové hvězdy jsou jednou z nejlepších přírodních laboratoří pro testování fyziky vysokých energií.
Nyní ale nová metoda pozorování exotického chování neutronových hvězd může znamenat, že nebudeme muset čekat o mnoho déle. Nový článek, publikovaný v květnu v databázi preprintů arXiv, se zaměřuje na oceány neutronových hvězd, které kromě volných elektronů a neutronů mohou obsahovat také uhlík, kyslík a železo. Přestože jsou oceány ve srovnání s celou hloubkou neutronové hvězdy relativně mělké, jsou vnější vrstvou (nepočítáme-li neuvěřitelně tenkou „atmosféru“) a částí neutronové hvězdy, která nejsnáze reaguje na vnější vesmír.
Vědci zejména zjistili, že tyto mělké oceány mohou podporovat příliv a odliv jako oceány na Zemi. Ale zvednutí přílivu na neutronové hvězdě vyžaduje mnohem větší gravitační přitažlivost k překonání veškeré té extrémní gravitace. Příliv a odliv v neutronových hvězdách se objeví pouze tehdy, když je neutronová hvězda dostatečně blízko k masivnímu, hustému objektu, jako je jiná neutronová hvězda nebo černá díra.
Naštěstí jsou takové dvojhvězdy relativně běžné, protože hvězdy se obvykle tvoří ve více systémech a poté procházejí svými životními cykly, až nakonec zanechají kombinace černých děr a neutronových hvězd.
Když se neutronová hvězda začne slučovat s jinou neutronovou hvězdou nebo černou dírou, objekty se během několika let pomalu stočí do spirály. Jak se otáčejí, gravitační vlny odebírají energii ze systému a přitahují pár blíž. Koneckonců, v posledních okamžicích je sloučení dokončeno během několika sekund.
Než se tak ale stane, může obíhající satelit spustit sérii rezonančních přílivů na neutronové hvězdě. Tyto přílivy a odlivy mohou udržovat frekvenci až 100 megahertzů a nést až neuvěřitelných 10^29 joulů energie. Abyste si udělali představu, jak velké to číslo je, celá lidská rasa používá každý rok pouze 10^20 joulů. Rezonanční vlna jedné neutronové hvězdy má více energie než veškeré záření Slunce za 10 tisíc let.
Na rozdíl od oceánských vln se tyto přílivy skládají z oceánu plazmy. Extrémní elektrické náboje znamenají, že příliv a odliv může vysílat intenzivní záblesky elektromagnetického záření, které se nám mohou jevit jako rentgenové a gama záblesky.
Na základě svých výpočtů vědci odhadli, že vesmírné observatoře, jako je Fermi Space Gamma-ray Telescope a Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), by mohly detekovat několik neutronových hvězd každý rok a že tyto signály se objeví až několik let před konečným fúze.
S tímto varováním mohou astronomové připravit své teleskopy a observatoře tak, aby byly připraveny zachytit okamžik samotného sloučení a ponořit se do ještě cennějších dat elektromagnetických a gravitačních vln.
Můžete pomoci Ukrajině v boji proti ruským vetřelcům. Nejlepším způsobem, jak toho dosáhnout, je darovat finanční prostředky ozbrojeným silám Ukrajiny prostřednictvím Zachraňte život nebo přes oficiální stránku NBÚ.
Přihlaste se k odběru našich stránek v Twitter to Facebook.
Přečtěte si také: