Tyrėjai rado naują būdą, kaip aptikti kai kuriuos katastrofiškiausius susijungimo įvykius visatoje prieš jiems įvykstant.
Neutroninės žvaigždės, itin tankios masyvių negyvų žvaigždžių šerdys, besisukančios viena į kitą arba į juodąją skylę, gali sukelti potvynių bangas neutronines žvaigždes supančių sunkių įkrautų dalelių vandenynuose. Tyrėjai išsiaiškino, kad šios potvynio bangos pasireiškia reguliariais elektromagnetinės spinduliuotės pliūpsniais, kurie gali būti išankstinio įspėjimo apie artėjančius susijungimus sistema.
Neutroninės žvaigždės yra turbūt patys ekstremaliausi objektai visatoje. Taip, juodosios skylės gali būti egzotiškesnės, tačiau jos gana paprastos – jos tiesiog turi daug gravitacijos. Priešingai, neutroninės žvaigždės iš esmės yra milžiniški atominiai branduoliai, o tai apima įdomią ir sudėtingą fiziką, kurios juodosios skylės neturi.
Įprastos neutroninės žvaigždės skersmuo yra vos keli kilometrai, tačiau jos masė gali būti kelis kartus didesnė už Saulės masę. Jie beveik vien susideda iš neutronų (taigi ir pavadinimas), tačiau juose yra laisvųjų elektronų, protonų ir sunkiųjų branduolių jonų populiacijos. Jie gimsta iš supernovų – mirštančių masyvių žvaigždžių sprogimų – ir kai kuriose iš jų gali būti stipriausi magnetiniai laukai visoje visatoje.
Neutroninių žvaigždžių vidus yra pats paslaptingiausias, nes slėgis ir tankis yra tokie dideli, kad jie viršija mūsų dabartines fizikos žinias. Kai kurie modeliai rodo, kad branduoliai yra tiesiog vienodas neutronų srautas, o kiti teigia, kad patys neutronai skyla į savo kvarkus. Už vidinės šerdies yra kieta, lygi neutronų masė, kuri lėtai virsta sudėtingesniais modeliais, tokiais kaip blokai ir siūlai, bendrai vadinami branduoline pasta.
Manoma, kad išorinė neutroninės žvaigždės pluta susideda iš superskysčių elektronų ir neutronų, kurie, artėjant prie paviršiaus, užleidžia vietą kristalinei gardelei. Galiausiai yra vandenynas – skystų elektronų, neutronų ir jonų sluoksnis, esantis 10–100 m gylyje.
Dėl itin egzotiško materijos pobūdžio tokiomis sąlygomis – superskysčių neutronų paprastai neatsiranda tiesiog – neutroninės žvaigždės yra pagrindinės kandidatės ekstremalios fizikos studijoms. Ši idėja buvo patobulinta atradus GW 170817 – gravitacinės bangos signalą, aptiktą kartu su dviejų susiliejančių neutroninių žvaigždžių elektromagnetine spinduliuote. Bendras aptikimas, vadinamas kelių pasiuntinių astronomija, leidžia fizikai kaip niekad anksčiau ištirti neutroninių žvaigždžių šerdis.
Tačiau nuo tada, kai gravitacinės bangos pirmą kartą buvo aptiktos 2017 m., mes nematėme jokių kitų neutroninių žvaigždžių susijungimo įvykių, o tai apmaudu, nes neutroninės žvaigždės yra viena geriausių gamtos laboratorijų, skirtų didelės energijos fizikos bandymams.
Tačiau dabar naujas egzotiško neutroninių žvaigždžių elgesio stebėjimo metodas gali reikšti, kad mums nereikės ilgai laukti. Naujajame dokumente, paskelbtame gegužę išankstinių spaudinių duomenų bazėje arXiv, daugiausia dėmesio skiriama neutroninių žvaigždžių vandenynams, kuriuose, be laisvųjų elektronų ir neutronų, taip pat gali būti anglies, deguonies ir geležies. Nors vandenynai yra gana sekli, palyginti su visu neutroninės žvaigždės gyliu, jie yra išorinis sluoksnis (neskaitant neįtikėtinai plonos „atmosferos“) ir neutroninės žvaigždės dalis, kuri lengviausiai reaguoja į išorinę visatą.
Visų pirma, mokslininkai nustatė, kad šie sekli vandenynai gali palaikyti potvynius, kaip ir vandenynai Žemėje. Tačiau norint pakelti potvynį ant neutroninės žvaigždės, reikia daug daugiau gravitacinės jėgos, kad įveiktų visą tą ekstremalią gravitaciją. Potvyniai neutroninėse žvaigždėse atsiranda tik tada, kai neutroninė žvaigždė yra pakankamai arti masyvaus, tankaus objekto, pavyzdžiui, kitos neutroninės žvaigždės ar juodosios skylės.
Laimei, tokie dvejetainiai yra gana paplitę, nes žvaigždės paprastai formuojasi keliose sistemose, o vėliau pereina savo gyvavimo ciklą, galiausiai palikdamos juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių derinius.
Kai neutroninė žvaigždė pradeda jungtis su kita neutronine žvaigžde arba juodąja skyle, objektai lėtai spirale susijungia per kelerius metus. Joms besisukdamos gravitacinės bangos paima energiją iš sistemos, pritraukdamos porą arčiau. Juk paskutinėmis akimirkomis susijungimas baigiamas per kelias sekundes.
Tačiau prieš tai įvykstant orbitoje skriejantis palydovas gali sukelti neutroninės žvaigždės rezonansinių potvynių seriją. Šie potvyniai gali išlaikyti iki 100 megahercų dažnį ir pernešti iki didžiulių 10^29 džaulių energijos. Kad suprastumėte, koks yra šis skaičius, visa žmonių rasė kasmet sunaudoja tik 10^20 džaulių. Vienos neutroninės žvaigždės rezonansinė banga turi daugiau energijos nei visa Saulės spinduliuotė per 10 tūkstančių metų.
Skirtingai nuo vandenyno bangų, šiuos potvynius sudaro plazmos vandenynas. Ekstremalūs elektros krūviai reiškia, kad potvyniai gali skleisti intensyvius elektromagnetinės spinduliuotės pliūpsnius, kurie mums gali pasirodyti kaip rentgeno ir gama spindulių pliūpsniai.
Remdamiesi savo skaičiavimais, mokslininkai apskaičiavo, kad kosminės observatorijos, tokios kaip Fermi kosminis gama spindulių teleskopas ir branduolinio spektroskopinio teleskopo matrica (NuSTAR), kasmet galėtų aptikti kelias neutronines žvaigždes ir kad šie signalai pasirodys likus keleriems metams iki galutinio. susijungimas.
Su šiuo įspėjimu astronomai gali paruošti savo teleskopus ir observatorijas, kad būtų pasiruošę pagauti patį susijungimo momentą ir įsigilinti į dar vertingesnius elektromagnetinių ir gravitacinių bangų duomenis.
Jūs galite padėti Ukrainai kovoti su Rusijos įsibrovėliais. Geriausias būdas tai padaryti – aukoti lėšas Ukrainos ginkluotosioms pajėgoms per Išgelbėk gyvybę arba per oficialų puslapį NBU.
Prenumeruokite mūsų puslapius Twitter kad Facebook.
Taip pat skaitykite: