연구원들은 우주에서 가장 치명적인 합병 사건이 발생하기 전에 이를 감지할 수 있는 새로운 방법을 발견했습니다.
중성자별은 서로를 향해 나선형으로 또는 블랙홀로 들어가는 거대한 죽은 별의 극도로 조밀한 핵으로, 중성자별을 둘러싸고 있는 무거운 하전 입자의 바다에서 해일을 일으킬 수 있습니다. 연구원들은 이러한 해일이 임박한 합병에 대한 조기 경보 시스템 역할을 할 수 있는 전자기 복사의 규칙적인 폭발에 의해 나타난다는 것을 발견했습니다.
중성자별은 아마도 우주에서 가장 극단적인 물체일 것입니다. 네, 블랙홀은 더 이국적일 수 있지만 상대적으로 단순합니다. 단지 중력이 클 뿐입니다. 대조적으로 중성자별은 본질적으로 거대한 원자핵이며 여기에는 블랙홀에는 없는 흥미롭고 복잡한 물리학이 포함됩니다.
전형적인 중성자별의 지름은 수 킬로미터에 불과하지만 무게는 태양 질량의 몇 배에 달합니다. 그것들은 거의 전적으로 중성자로 구성되어 있지만(따라서 이름) 자유 전자, 양성자 및 무거운 핵 이온의 개체군을 포함합니다. 그것들은 죽어가는 거대한 별들의 폭발인 초신성에서 태어 났으며 그 중 일부는 전체 우주에서 가장 강한 자기장을 포함할 수 있습니다.
중성자 별의 내부는 압력과 밀도가 너무 커서 현재의 물리학 지식을 넘어서기 때문에 가장 신비합니다. 일부 모델은 핵이 단순히 균일한 중성자 흐름이라고 제안하는 반면, 다른 모델은 중성자 자체가 쿼크로 붕괴한다고 제안합니다. 내부 코어 뒤에는 단단하고 매끄러운 중성자 덩어리가 있으며, 이 덩어리는 블록과 실과 같은 더 복잡한 패턴으로 천천히 변형되며, 집합적으로 핵 페이스트라고 합니다.
중성자 별의 외부 지각은 표면에 접근할 때 결정 격자에 자리를 내주는 초유체 전자와 중성자로 구성되어 있다고 믿어집니다. 마지막으로 10~100m 깊이에 액체 전자, 중성자 및 이온 층인 바다가 있습니다.
초유체 중성자는 일반적으로 그냥 발생하지 않는 이러한 조건에서 물질의 극도로 이색적인 특성으로 인해 중성자별이 극한 물리학 연구의 주요 후보가 됩니다. 이 아이디어는 병합되는 두 중성자 별의 전자기 방출과 함께 감지된 중력파 신호인 GW 170817이 발견된 후 개선되었습니다. 다중 메신저 천문학(multi-messenger astronomy)이라고 불리는 공동 탐지를 통해 물리학자들은 전례 없는 방식으로 중성자 별의 핵을 탐사할 수 있습니다.
그러나 중력파가 2017년에 처음 감지된 이후로 우리는 다른 중성자별 병합 사건을 본 적이 없습니다. 중성자별은 고에너지 물리학을 테스트하기 위한 자연 최고의 실험실 중 하나이기 때문에 실망스럽습니다.
그러나 이제 중성자별의 특이한 행동을 관찰하는 새로운 방법은 우리가 훨씬 더 오래 기다릴 필요가 없다는 것을 의미할 수 있습니다. 프리프린트 데이터베이스 arXiv에 월에 발표된 새로운 논문은 자유 전자와 중성자 외에도 탄소, 산소 및 철을 포함할 수 있는 중성자 별의 바다에 초점을 맞추고 있습니다. 바다는 중성자별의 전체 깊이에 비해 상대적으로 얕지만, 바깥층(매우 얇은 "대기"는 제외)과 외부 우주에 가장 쉽게 반응하는 중성자별 부분입니다.
특히 연구원들은 이 얕은 바다가 지구의 바다와 같은 조수를 지탱할 수 있다는 것을 발견했습니다. 그러나 중성자별의 조수를 높이려면 그 모든 극도의 중력을 극복하기 위해 훨씬 더 많은 중력이 필요합니다. 중성자별의 조석 현상은 중성자별이 다른 중성자별이나 블랙홀과 같이 무겁고 밀도가 높은 물체에 충분히 가까울 때만 나타납니다.
다행히도 이러한 쌍성은 별이 일반적으로 여러 시스템에서 형성되고 수명 주기를 거쳐 결국 블랙홀과 중성자 별의 조합을 남기기 때문에 비교적 일반적입니다.
중성자별이 다른 중성자별이나 블랙홀과 합쳐지기 시작하면 물체는 몇 년에 걸쳐 천천히 나선형으로 함께 나선다. 회전할 때 중력파는 시스템에서 에너지를 가져와 쌍을 더 가깝게 끌어당깁니다. 결국, 마지막 순간에 합병은 몇 초 만에 완료됩니다.
그러나 그런 일이 일어나기 전에 궤도를 도는 위성은 중성자별에 일련의 공명 조석을 유발할 수 있습니다. 이 조수는 최대 100MHz의 주파수를 유지할 수 있으며 최대 10^29줄의 에너지를 전달할 수 있습니다. 그 숫자가 얼마나 큰지 짐작할 수 있도록 전 인류는 매년 10^20줄만 사용합니다. 단일 중성자별의 공명파는 10년 동안 태양의 모든 복사 에너지보다 더 많은 에너지를 가지고 있습니다.
파도와 달리 이 조수는 플라즈마 바다로 구성됩니다. 극도의 전하로 인해 조수는 우리에게 X선 및 감마선 폭발로 나타날 수 있는 강렬한 전자기 복사 폭발을 방출할 수 있습니다.
연구자들은 계산을 바탕으로 페르미 우주 감마선 망원경과 핵 분광 망원경 배열(NuSTAR)과 같은 우주 관측소가 매년 여러 개의 중성자별을 탐지할 수 있으며 이러한 신호가 최종 결정이 나오기 몇 년 전까지 나타날 것이라고 추정했습니다. 합병.
이 경고를 통해 천문학자는 망원경과 천문대를 준비하여 합병 자체의 순간을 포착하고 훨씬 더 가치 있는 전자기 및 중력파 데이터를 탐구할 준비를 할 수 있습니다.
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