研究者たちは、宇宙で最も壊滅的な合併イベントのいくつかを、実際に発生する前に検出する新しい方法を発見しました。
中性子星は、巨大な死んだ星の非常に密度の高いコアが互いに渦巻いているか、またはブラック ホールの中にあり、中性子星を取り囲む重い荷電粒子の海に津波を発生させる可能性があります。 研究者は、これらの津波が、差し迫った合併の早期警告システムとして機能する電磁放射の定期的なバーストによって現れることを発見しました。
中性子星は、おそらく宇宙で最も極端な天体です。 はい、ブラック ホールはよりエキゾチックかもしれませんが、それらは比較的単純です。重力が大きいだけです。 対照的に、中性子星は本質的に巨大な原子核であり、これにはブラック ホールにはない興味深い複雑な物理が含まれます。
典型的な中性子星の直径はわずか数キロですが、重さは太陽の数倍にもなります。 それらはほぼ完全に中性子 (名前の由来) で構成されていますが、自由電子、陽子、重原子核のイオンの集団が含まれています。 それらは超新星 - 死にかけている大質量星の爆発 - から生まれ、それらのいくつかは宇宙全体で最も強い磁場を含んでいる可能性があります.
中性子星の内部は、圧力と密度が非常に大きく、現在の物理学の知識を超えているため、最も神秘的です。 いくつかのモデルは、原子核は単に中性子の均一な流れであることを示唆していますが、他のモデルは中性子自体が崩壊してクォークになることを示唆しています。 内核の背後には硬くて滑らかな中性子の塊があり、これがブロックや糸などのより複雑なパターンにゆっくりと変化します。これを総称して核ペーストと呼びます。
中性子星の外側の地殻は、超流動電子と中性子で構成されており、表面に近づくにつれて結晶格子に取って代わられると考えられています。 最後に、深さ 10 ～ 100 m にある液体の電子、中性子、およびイオンの層である海があります。
これらの条件下での物質の非常にエキゾチックな性質 (通常、超流動中性子は通常発生しない) により、中性子星は極端な物理学を研究するための主要な候補になります。 この考えは、GW 170817 の発見後に洗練されました。GW は、 つの合体中性子星の電磁放射と共に検出された重力波信号です。 マルチメッセンジャー天文学と呼ばれる共同検出により、物理学者はこれまでにない方法で中性子星のコアを調べることができます。
しかし、2017 年に重力波が最初に検出されて以来、他の中性子星合体イベントは見られませんでした。中性子星は、高エネルギー物理学をテストするための自然界の最高の実験室の つであるため、残念です。
しかし今、中性子星のエキゾチックな振る舞いを観測する新しい方法は、私たちがそれほど長く待つ必要がないことを意味するかもしれません. プレプリント データベース arXiv で 月に公開された新しい論文は、自由電子と中性子に加えて、炭素、酸素、鉄も含むことができる中性子星の海に焦点を当てています。 海は中性子星の深さ全体に比べると比較的浅いですが、それらは外層 (信じられないほど薄い「大気」は数えません) であり、外宇宙に最も容易に反応する中性子星の一部です。
特に、研究者は、これらの浅い海が地球上の海のような潮汐をサポートできることを発見しました。 しかし、中性子星の潮を引き上げるには、その極度の重力をすべて克服するために、より多くの引力が必要です。 中性子星の潮汐は、中性子星が別の中性子星やブラック ホールなどの巨大で密度の高い天体に十分近い場合にのみ現れます。
幸いなことに、星は通常、複数のシステムで形成され、その後ライフサイクルを経て、最終的にブラックホールと中性子星の組み合わせが残るため、このような連星は比較的一般的です。
中性子星が別の中性子星またはブラック ホールと合体し始めると、これらの天体は数年かけてゆっくりと渦を巻きます。 それらが回転すると、重力波がシステムからエネルギーを奪い、ペアを引き寄せます。 結局、最後の瞬間、合併はほんの数秒で完了します。
しかし、それが起こる前に、周回衛星が中性子星に一連の共鳴潮汐を引き起こす可能性があります。 これらの潮汐は最大 100 メガヘルツの周波数を維持し、最大 10^29 ジュールのエネルギーを運ぶことができます。 その数値がどれほど大きいかを理解するために、人類全体が毎年 10^20 ジュールしか使用していません。 単一の中性子星の共鳴波は、10 万年分の太陽のすべての放射よりも大きなエネルギーを持っています。
海の波とは異なり、これらの潮汐はプラズマの海で構成されています。 極端な電荷は、潮汐が X 線やガンマ線バーストとして私たちに見える強力な電磁放射のバーストを放出できることを意味します。
彼らの計算に基づいて、研究者たちは、フェルミ宇宙ガンマ線望遠鏡や核分光望遠鏡アレイ (NuSTAR) などの宇宙天文台が毎年いくつかの中性子星を検出でき、これらの信号が最終星の数年前に現れると推定しました。合併。
この警告により、天文学者は望遠鏡と天文台を準備して、合併自体の瞬間を捉え、さらに価値のある電磁および重力波データを掘り下げる準備を整えることができます。
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