Istraživači su pronašli novi način za otkrivanje nekih od najkatastrofalnijih događaja spajanja u svemiru prije nego što se dogode.
Neutronske zvijezde, izuzetno guste jezgre masivnih mrtvih zvijezda koje spiralno idu 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 ti plimni valovi manifestiraju redovitim izljevima elektromagnetskog zračenja koji mogu poslužiti kao rani sustav upozorenja za nadolazeća spajanja.
Neutronske zvijezde vjerojatno su najekstremniji objekti u svemiru. Da, crne rupe su možda egzotičnije, ali relativno su jednostavne - samo imaju veliku gravitaciju. Nasuprot tome, neutronske zvijezde su u biti ogromne atomske jezgre, a to uključuje zanimljivu i složenu fiziku koju crne rupe nemaju.
Tipična neutronska zvijezda ima promjer od samo nekoliko kilometara, ali može težiti nekoliko puta više od mase Sunca. Sastoje se gotovo u potpunosti od neutrona (otuda i naziv), ali sadrže populacije slobodnih elektrona, protona i iona teških jezgri. Rađaju se iz supernova – eksplozija umirućih masivnih zvijezda – a neke od njih možda sadrže najjača magnetska polja u cijelom svemiru.
Unutrašnjost neutronskih zvijezda najtajanstvenija je jer su tlak i gustoća toliko veliki da nadilaze naše trenutno znanje fizike. Neki modeli sugeriraju da su jezgre jednostavno jedinstvena struja neutrona, dok drugi sugeriraju da se sami neutroni raspadaju u svoje kvarkove. Iza unutarnje jezgre nalazi se tvrda, glatka masa neutrona koja se polako pretvara u složenije uzorke, poput blokova i niti, zajednički poznatih kao nuklearna pasta.
Vjeruje se da se vanjska kora neutronske zvijezde sastoji od superfluidnih elektrona i neutrona koji ustupaju mjesto kristalnoj rešetki kako se približava površini. Konačno, tu je i ocean – sloj tekućih elektrona, neutrona i iona na dubini od 10 do 100 m.
Ekstremno egzotična priroda materije u ovim uvjetima – superfluidni neutroni obično se ne događaju samo tako – čini neutronske zvijezde glavnim kandidatima za proučavanje ekstremne fizike. Ova ideja je usavršena nakon otkrića GW 170817, signala gravitacijskih valova detektiranih zajedno s elektromagnetskom emisijom dviju neutronskih zvijezda koje se spajaju. Zajednička detekcija, nazvana astronomija s više glasnika, omogućuje fizičarima da ispituju jezgre neutronskih zvijezda kao nikada prije.
Ali otkako su gravitacijski valovi prvi put otkriveni 2017., nismo vidjeli nijedan drugi događaj spajanja neutronskih zvijezda, što je razočaravajuće jer su neutronske zvijezde jedan od najboljih laboratorija u prirodi za testiranje fizike visokih energija.
Ali sada nova metoda promatranja egzotičnog ponašanja neutronskih zvijezda može značiti da nećemo morati još dugo čekati. Novi rad, objavljen u svibnju u bazi podataka preprints arXiv, fokusira se na oceane neutronskih zvijezda, koji osim slobodnih elektrona i neutrona mogu sadržavati i ugljik, kisik i željezo. Iako su oceani relativno plitki u usporedbi s cijelom dubinom neutronske zvijezde, oni su vanjski sloj (ne računajući nevjerojatno tanku "atmosferu") i dio neutronske zvijezde koji najspremnije reagira na vanjski svemir.
Konkretno, istraživači su otkrili da ti plitki oceani mogu podržavati plime poput oceana na Zemlji. Ali da bi se povećala plima na neutronskoj zvijezdi potrebno je puno više gravitacijske sile da bi se nadvladala sva ta ekstremna gravitacija. Plima i oseka u neutronskim zvijezdama pojavljuju se samo kada je neutronska zvijezda dovoljno blizu masivnog, gustog objekta, kao što je druga neutronska zvijezda ili crna rupa.
Srećom, takvi binarni sustavi relativno su česti, budući da se zvijezde obično formiraju u višestrukim sustavima i zatim prolaze kroz svoje životne cikluse, na kraju ostavljajući za sobom kombinacije crnih rupa i neutronskih zvijezda.
Kada se neutronska zvijezda počne stapati s drugom neutronskom zvijezdom ili crnom rupom, objekti se polako spiralno spajaju tijekom nekoliko godina. Dok se okreću, gravitacijski valovi uzimaju energiju iz sustava, privlačeći par bliže. Uostalom, u posljednjim trenucima, spajanje se dovršava u nekoliko sekundi.
Ali prije nego što se to dogodi, satelit u orbiti može pokrenuti niz rezonantnih plima na neutronskoj zvijezdi. Ove plime mogu održavati frekvenciju do 100 megaherca i nositi do nevjerojatnih 10^29 džula energije. Da bismo vam dali predodžbu o tome koliki je taj broj, cijela ljudska rasa koristi samo 10^20 džula svake godine. Rezonantni val pojedine neutronske zvijezde ima više energije od cjelokupnog zračenja Sunca za 10 tisuća godina.
Za razliku od oceanskih valova, ove plime se sastoje od oceana plazme. Ekstremni električni naboji znače da plime i oseke mogu emitirati intenzivne nalete elektromagnetskog zračenja koje nam se može činiti kao naleti X-zraka i gama-zraka.
Na temelju svojih izračuna, istraživači su procijenili da bi svemirske zvjezdarnice kao što su Fermi Space Gamma-ray Telescope i Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) mogle otkriti nekoliko neutronskih zvijezda svake godine, te da bi se ti signali pojavili i do nekoliko godina prije konačnog spajanje.
Uz ovo upozorenje, astronomi mogu pripremiti svoje teleskope i zvjezdarnice da budu spremni uhvatiti trenutak samog spajanja i zadubiti se u još vrijednije podatke o elektromagnetskim i gravitacijskim valovima.
Možete pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih osvajača. Najbolji način da to učinite je donirati sredstva Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili putem službene stranice NBU.
Pretplatite se na naše stranice u Twitter i Facebook.
Pročitajte također: