Οι ερευνητές βρήκαν έναν νέο τρόπο για να ανιχνεύσουν μερικά από τα πιο καταστροφικά γεγονότα συγχώνευσης στο σύμπαν πριν συμβούν.
Τα αστέρια νετρονίων, οι εξαιρετικά πυκνοί πυρήνες των ογκωδών νεκρών αστεριών που σπειροειδώς το ένα προς το άλλο ή σε μια μαύρη τρύπα, μπορούν να προκαλέσουν παλιρροιακά κύματα στους ωκεανούς βαρέων φορτισμένων σωματιδίων που περιβάλλουν τα αστέρια νετρονίων. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτά τα παλιρροϊκά κύματα εκδηλώνονται με τακτικές εκρήξεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που μπορεί να χρησιμεύσουν ως σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για επικείμενες συγχωνεύσεις.
Τα αστέρια νετρονίων είναι πιθανώς τα πιο ακραία αντικείμενα στο σύμπαν. Ναι, οι μαύρες τρύπες μπορεί να είναι πιο εξωτικές, αλλά είναι σχετικά απλές—απλώς έχουν πολλή βαρύτητα. Αντίθετα, τα αστέρια νετρονίων είναι ουσιαστικά γιγάντιοι ατομικοί πυρήνες, και αυτό περιλαμβάνει ενδιαφέρουσα και πολύπλοκη φυσική που δεν έχουν οι μαύρες τρύπες.
Ένα τυπικό αστέρι νετρονίων έχει διάμετρο μόλις λίγα χιλιόμετρα, αλλά μπορεί να ζυγίζει πολλές φορές τη μάζα του Ήλιου. Αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από νετρόνια (εξ ου και το όνομα), αλλά περιέχουν πληθυσμούς ελεύθερων ηλεκτρονίων, πρωτονίων και ιόντων βαρέων πυρήνων. Γεννιούνται από σουπερνόβα – τις εκρήξεις των ετοιμοθάνατων αστεριών – και μερικά από αυτά μπορεί να περιέχουν τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία σε ολόκληρο το σύμπαν.
Το εσωτερικό των άστρων νετρονίων είναι το πιο μυστηριώδες γιατί η πίεση και η πυκνότητα είναι τόσο μεγάλες που ξεπερνούν τις τρέχουσες γνώσεις μας για τη φυσική. Ορισμένα μοντέλα προτείνουν ότι οι πυρήνες είναι απλώς ένα ομοιόμορφο ρεύμα νετρονίων, ενώ άλλα προτείνουν ότι τα ίδια τα νετρόνια διασπώνται στα κουάρκ τους. Πίσω από τον εσωτερικό πυρήνα υπάρχει μια σκληρή, λεία μάζα νετρονίων που σιγά-σιγά μεταμορφώνεται σε πιο σύνθετα σχέδια, όπως μπλοκ και νήματα, γνωστά συλλογικά ως πυρηνική πάστα.
Πιστεύεται ότι ο εξωτερικός φλοιός ενός αστέρα νετρονίων αποτελείται από υπερρευστά ηλεκτρόνια και νετρόνια που δίνουν τη θέση τους σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα καθώς πλησιάζει την επιφάνεια. Τέλος, υπάρχει ο ωκεανός - ένα στρώμα υγρών ηλεκτρονίων, νετρονίων και ιόντων σε βάθος 10 έως 100 m.
Η εξαιρετικά εξωτική φύση της ύλης κάτω από αυτές τις συνθήκες – τα υπερρευστά νετρόνια συνήθως δεν συμβαίνουν απλά – καθιστά τα αστέρια νετρονίων πρωταρχικούς υποψήφιους για τη μελέτη της ακραίας φυσικής. Αυτή η ιδέα βελτιώθηκε μετά την ανακάλυψη του GW 170817, ενός σήματος βαρυτικού κύματος που ανιχνεύθηκε μαζί με την ηλεκτρομαγνητική εκπομπή δύο συγχωνευόμενων αστέρων νετρονίων. Η συν-ανίχνευση, που ονομάστηκε αστρονομία πολλαπλών αγγελιοφόρων, επιτρέπει στους φυσικούς να διερευνούν τους πυρήνες των άστρων νετρονίων όπως ποτέ άλλοτε.
Αλλά από τότε που ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα το 2017, δεν έχουμε δει άλλα γεγονότα συγχώνευσης άστρων νετρονίων, κάτι που είναι απογοητευτικό επειδή τα αστέρια νετρονίων είναι ένα από τα καλύτερα εργαστήρια της φύσης για τη δοκιμή της φυσικής υψηλής ενέργειας.
Αλλά τώρα μια νέα μέθοδος παρατήρησης της εξωτικής συμπεριφοράς των άστρων νετρονίων μπορεί να σημαίνει ότι δεν θα χρειαστεί να περιμένουμε πολύ περισσότερο. Το νέο έγγραφο, που δημοσιεύθηκε τον Μάιο στη βάση δεδομένων προεκτυπώσεων arXiv, εστιάζει στους ωκεανούς των άστρων νετρονίων, οι οποίοι, εκτός από ελεύθερα ηλεκτρόνια και νετρόνια, μπορούν επίσης να περιέχουν άνθρακα, οξυγόνο και σίδηρο. Αν και οι ωκεανοί είναι σχετικά ρηχοί σε σύγκριση με ολόκληρο το βάθος του αστέρα νετρονίων, είναι το εξωτερικό στρώμα (χωρίς να υπολογίζουμε την απίστευτα λεπτή «ατμόσφαιρα») και το τμήμα του αστέρα νετρονίων που ανταποκρίνεται πιο εύκολα στο εξωτερικό σύμπαν.
Συγκεκριμένα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτοί οι ρηχοί ωκεανοί μπορούν να υποστηρίξουν παλίρροιες όπως οι ωκεανοί στη Γη. Αλλά για να αυξηθεί η παλίρροια σε ένα αστέρι νετρονίων απαιτεί πολύ περισσότερη βαρυτική έλξη για να ξεπεραστεί όλη αυτή η ακραία βαρύτητα. Οι παλίρροιες στα αστέρια νετρονίων εμφανίζονται μόνο όταν το αστέρι νετρονίων είναι αρκετά κοντά σε ένα τεράστιο, πυκνό αντικείμενο, όπως ένα άλλο αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα.
Ευτυχώς, τέτοια δυαδικά είναι σχετικά κοινά, καθώς τα αστέρια σχηματίζονται συνήθως σε πολλαπλά συστήματα και στη συνέχεια περνούν τους κύκλους ζωής τους, αφήνοντας τελικά πίσω τους συνδυασμούς μαύρων οπών και αστέρων νετρονίων.
Όταν ένα αστέρι νετρονίων αρχίζει να συγχωνεύεται με ένα άλλο αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα, τα αντικείμενα σιγά-σιγά κινούνται σπειροειδώς μαζί για αρκετά χρόνια. Καθώς περιστρέφονται, τα βαρυτικά κύματα παίρνουν ενέργεια από το σύστημα, τραβώντας το ζεύγος πιο κοντά. Άλλωστε, τις τελευταίες στιγμές η συγχώνευση ολοκληρώνεται μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα.
Αλλά πριν συμβεί αυτό, ο δορυφόρος που βρίσκεται σε τροχιά μπορεί να πυροδοτήσει μια σειρά από συντονισμένες παλίρροιες στο αστέρι νετρονίων. Αυτές οι παλίρροιες μπορούν να διατηρήσουν συχνότητα έως και 100 megahertz και να μεταφέρουν έως και 10^29 joules ενέργειας. Για να σας δώσουμε μια ιδέα για το πόσο μεγάλος είναι αυτός ο αριθμός, ολόκληρη η ανθρώπινη φυλή χρησιμοποιεί μόνο 10^20 joules κάθε χρόνο. Το συντονιστικό κύμα ενός απλού αστέρα νετρονίων έχει περισσότερη ενέργεια από όλη την ακτινοβολία του Ήλιου για 10 χιλιάδες χρόνια.
Σε αντίθεση με τα κύματα του ωκεανού, αυτές οι παλίρροιες αποτελούνται από έναν ωκεανό πλάσματος. Τα ακραία ηλεκτρικά φορτία σημαίνουν ότι οι παλίρροιες μπορούν να εκπέμψουν έντονες εκρήξεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που μπορεί να εμφανιστούν σε εμάς ως εκρήξεις ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα.
Με βάση τους υπολογισμούς τους, οι ερευνητές υπολόγισαν ότι τα διαστημικά παρατηρητήρια όπως το Fermi Space Gamma-ray Telescope και η Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) θα μπορούσαν να ανιχνεύουν πολλά αστέρια νετρονίων κάθε χρόνο, και ότι αυτά τα σήματα θα εμφανίζονταν έως και αρκετά χρόνια πριν από το τελικό συγχώνευση.
Με αυτήν την προειδοποίηση, οι αστρονόμοι μπορούν να προετοιμάσουν τα τηλεσκόπια και τα παρατηρητήρια τους για να είναι έτοιμα να πιάσουν τη στιγμή της ίδιας της συγχώνευσης και να εμβαθύνουν σε ακόμη πιο πολύτιμα ηλεκτρομαγνητικά και βαρυτικά κύματα δεδομένα.
Μπορείτε να βοηθήσετε την Ουκρανία να πολεμήσει ενάντια στους Ρώσους εισβολείς. Ο καλύτερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να δωρίσετε χρήματα στις Ένοπλες Δυνάμεις της Ουκρανίας μέσω Savelife ή μέσω της επίσημης σελίδας NBU.
Εγγραφείτε στις σελίδες μας στο Twitter και Facebook.
Διαβάστε επίσης: