Forskere har fundet en ny måde at opdage nogle af de mest katastrofale fusionsbegivenheder i universet, før de sker.
Neutronstjerner, de ekstremt tætte kerner af massive døde stjerner, der spiraler mod hinanden eller ind i et sort hul, kan rejse flodbølger i oceanerne af tungt ladede partikler, der omgiver neutronstjerner. Forskerne opdagede, at disse tidevandsbølger manifesteres af regelmæssige udbrud af elektromagnetisk stråling, der kan tjene som et tidligt varslingssystem for forestående fusioner.
Neutronstjerner er sandsynligvis de mest ekstreme objekter i universet. Ja, sorte huller er måske mere eksotiske, men de er relativt simple - de har bare en masse tyngdekraft. I modsætning hertil er neutronstjerner i det væsentlige gigantiske atomkerner, og dette involverer interessant og kompleks fysik, som sorte huller ikke har.
En typisk neutronstjerne har kun en diameter på få kilometer, men kan veje flere gange Solens masse. De består næsten udelukkende af neutroner (deraf navnet), men indeholder populationer af frie elektroner, protoner og ioner af tunge kerner. De er født fra supernovaer - eksplosionerne af døende massive stjerner - og nogle af dem kan indeholde de stærkeste magnetfelter i hele universet.
Det indre af neutronstjerner er det mest mystiske, fordi trykket og tætheden er så stor, at de ligger uden for vores nuværende viden om fysik. Nogle modeller tyder på, at kerner blot er en ensartet strøm af neutroner, mens andre tyder på, at neutronerne selv henfalder til deres kvarker. Bag den indre kerne er en hård, glat masse af neutroner, der langsomt omdannes til mere komplekse mønstre, såsom blokke og tråde, kendt under ét som nuklear pasta.
Det menes, at den ydre skorpe af en neutronstjerne består af superflydende elektroner og neutroner, der giver plads til et krystalgitter, når det nærmer sig overfladen. Endelig er der havet - et lag af flydende elektroner, neutroner og ioner i en dybde på 10 til 100 m.
Stoffets ekstremt eksotiske natur under disse forhold – superflydende neutroner sker normalt ikke bare – gør neutronstjerner til de bedste kandidater til at studere ekstrem fysik. Denne ide blev forfinet efter opdagelsen af GW 170817, et gravitationsbølgesignal detekteret sammen med den elektromagnetiske emission af to fusionerende neutronstjerner. Co-detektion, kaldet multi-messenger astronomi, gør det muligt for fysikere at sondere kernerne af neutronstjerner som aldrig før.
Men siden gravitationsbølger først blev opdaget i 2017, har vi ikke set nogen andre neutronstjernefusionsbegivenheder, hvilket er skuffende, fordi neutronstjerner er et af naturens bedste laboratorier til at teste højenergifysik.
Men nu kan en ny metode til at observere neutronstjernernes eksotiske adfærd betyde, at vi ikke skal vente meget længere. Det nye papir, der blev offentliggjort i maj i preprints-databasen arXiv, fokuserer på oceanerne af neutronstjerner, som udover frie elektroner og neutroner også kan indeholde kulstof, ilt og jern. Selvom havene er relativt lavvandede i forhold til hele neutronstjernens dybde, er de det ydre lag (den utrolig tynde "atmosfære ikke medregnet") og den del af neutronstjernen, der lettest reagerer på det ydre univers.
Især fandt forskerne ud af, at disse lavvandede oceaner kan understøtte tidevand som oceaner på Jorden. Men at hæve tidevandet på en neutronstjerne kræver meget mere tyngdekraft for at overvinde al den ekstreme tyngdekraft. Tidevand i neutronstjerner vises kun, når neutronstjernen er tæt nok på et massivt, tæt objekt, såsom en anden neutronstjerne eller et sort hul.
Heldigvis er sådanne binære filer relativt almindelige, da stjerner typisk dannes i flere systemer og derefter gennemgår deres livscyklus og efterlader til sidst kombinationer af sorte huller og neutronstjerner.
Når en neutronstjerne begynder at smelte sammen med en anden neutronstjerne eller sort hul, spiraler objekterne langsomt sammen over flere år. Mens de roterer, tager gravitationsbølger energi fra systemet og trækker parret tættere på. Når alt kommer til alt, i de sidste øjeblikke er fusionen gennemført på få sekunder.
Men før det sker, kan den kredsende satellit udløse en række resonans-tidevand på neutronstjernen. Disse tidevand kan opretholde en frekvens på op til 100 megahertz og bære op til hele 10^29 joule energi. For at give dig en idé om, hvor stort det tal er, bruger hele menneskeheden kun 10^20 joule hvert år. Resonansbølgen af en enkelt neutronstjerne har mere energi end al strålingen fra Solen i 10 tusind år.
I modsætning til havbølger består disse tidevand af et hav af plasma. De ekstreme elektriske ladninger betyder, at tidevandet kan udsende intense udbrud af elektromagnetisk stråling, der kan fremstå for os som røntgen- og gammastråleudbrud.
Baseret på deres beregninger vurderede forskerne, at rumobservatorier såsom Fermi Space Gamma-ray Telescope og Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) kunne detektere flere neutronstjerner hvert år, og at disse signaler ville dukke op op til flere år før den endelige fusion.
Med denne advarsel kan astronomer forberede deres teleskoper og observatorier til at være klar til at fange selve fusionsøjeblikket og dykke ned i endnu mere værdifulde elektromagnetiske og gravitationsbølgedata.
Du kan hjælpe Ukraine med at kæmpe mod de russiske angribere. Den bedste måde at gøre dette på er at donere midler til Ukraines væbnede styrker gennem Red livet eller via den officielle side NBU.
Abonner på vores sider i Twitter og Facebook.
Læs også: