Onderzoekers hebben een nieuwe manier gevonden om enkele van de meest catastrofale fusiegebeurtenissen in het universum te detecteren voordat ze plaatsvinden.
Neutronensterren, de extreem dichte kernen van massieve dode sterren die naar elkaar toe of in een zwart gat spiraalsgewijs bewegen, kunnen vloedgolven opwekken in de oceanen van zwaar geladen deeltjes rond neutronensterren. De onderzoekers ontdekten dat deze vloedgolven zich manifesteren door regelmatige uitbarstingen van elektromagnetische straling die kunnen dienen als een vroegtijdig waarschuwingssysteem voor naderende fusies.
Neutronensterren zijn waarschijnlijk de meest extreme objecten in het heelal. Ja, zwarte gaten zijn misschien exotischer, maar ze zijn relatief eenvoudig: ze hebben gewoon veel zwaartekracht. Neutronensterren daarentegen zijn in wezen gigantische atoomkernen, en dit brengt interessante en complexe fysica met zich mee die zwarte gaten niet hebben.
Een typische neutronenster heeft een diameter van slechts enkele kilometers, maar kan meerdere keren de massa van de zon wegen. Ze bestaan bijna volledig uit neutronen (vandaar de naam), maar bevatten populaties vrije elektronen, protonen en ionen van zware kernen. Ze worden geboren uit supernovae - de explosies van stervende massieve sterren - en sommige bevatten mogelijk de sterkste magnetische velden in het hele universum.
Het interieur van neutronensterren is het meest mysterieus omdat de druk en dichtheid zo groot zijn dat ze onze huidige kennis van de natuurkunde te boven gaan. Sommige modellen suggereren dat kernen gewoon een uniforme stroom van neutronen zijn, terwijl andere suggereren dat de neutronen zelf vervallen tot hun quarks. Achter de binnenste kern bevindt zich een harde, gladde massa van neutronen die langzaam verandert in complexere patronen, zoals blokken en draden, gezamenlijk bekend als nucleaire pasta.
Er wordt aangenomen dat de buitenste korst van een neutronenster bestaat uit superfluïde elektronen en neutronen die plaats maken voor een kristalrooster wanneer het het oppervlak nadert. Ten slotte is er de oceaan - een laag vloeibare elektronen, neutronen en ionen op een diepte van 10 tot 100 m.
De extreem exotische aard van de materie onder deze omstandigheden - superfluïde neutronen ontstaan meestal niet zomaar - maakt neutronensterren uitstekende kandidaten voor het bestuderen van extreme fysica. Dit idee werd verfijnd na de ontdekking van GW 170817, een signaal van zwaartekrachtgolven dat samen met de elektromagnetische emissie van twee samensmeltende neutronensterren werd gedetecteerd. Co-detectie, ook wel multi-messenger-astronomie genoemd, stelt natuurkundigen in staat om de kernen van neutronensterren te onderzoeken als nooit tevoren.
Maar sinds zwaartekrachtgolven voor het eerst werden gedetecteerd in 2017, hebben we geen andere samensmelting van neutronensterren gezien, wat teleurstellend is omdat neutronensterren een van de beste laboratoria van de natuur zijn voor het testen van hoge-energiefysica.
Maar nu kan een nieuwe methode om het exotische gedrag van neutronensterren te observeren betekenen dat we niet lang meer hoeven te wachten. Het nieuwe artikel, in mei gepubliceerd in de preprints-database arXiv, richt zich op de oceanen van neutronensterren, die naast vrije elektronen en neutronen ook koolstof, zuurstof en ijzer kunnen bevatten. Hoewel de oceanen relatief ondiep zijn in vergelijking met de volledige diepte van de neutronenster, vormen ze de buitenste laag (de ongelooflijk dunne "atmosfeer" niet meegerekend) en het deel van de neutronenster dat het gemakkelijkst reageert op het buitenste universum.
In het bijzonder ontdekten de onderzoekers dat deze ondiepe oceanen getijden kunnen ondersteunen zoals oceanen op aarde. Maar om het tij op een neutronenster te laten stijgen, is veel meer zwaartekracht nodig om al die extreme zwaartekracht te overwinnen. Getijden in neutronensterren verschijnen alleen wanneer de neutronenster dicht genoeg bij een massief, dicht object is, zoals een andere neutronenster of een zwart gat.
Gelukkig komen dergelijke dubbelsterren relatief vaak voor, aangezien sterren zich meestal in meerdere systemen vormen en vervolgens hun levenscyclus doorlopen, waarbij ze uiteindelijk combinaties van zwarte gaten en neutronensterren achterlaten.
Wanneer een neutronenster begint samen te smelten met een andere neutronenster of een ander zwart gat, bewegen de objecten gedurende meerdere jaren langzaam in elkaar over. Terwijl ze roteren, nemen zwaartekrachtgolven energie van het systeem, waardoor het paar dichterbij komt. Op de laatste momenten is de fusie immers binnen enkele seconden voltooid.
Maar voordat dat gebeurt, kan de in een baan om de aarde draaiende satelliet een reeks resonerende getijden op de neutronenster veroorzaken. Deze getijden kunnen een frequentie van maximaal 100 megahertz behouden en tot maar liefst 10 ^ 29 joule aan energie dragen. Om je een idee te geven van hoe groot dat aantal is, de hele mensheid gebruikt maar 10^20 joule per jaar. De resonantiegolf van een enkele neutronenster heeft meer energie dan alle straling van de zon gedurende 10 jaar.
In tegenstelling tot oceaangolven bestaan deze getijden uit een oceaan van plasma. Door de extreme elektrische ladingen kunnen de getijden intense uitbarstingen van elektromagnetische straling uitzenden die voor ons kunnen verschijnen als röntgen- en gammastraling.
Op basis van hun berekeningen schatten de onderzoekers dat ruimteobservatoria zoals de Fermi Space Gamma-ray Telescope en de Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) elk jaar verschillende neutronensterren zouden kunnen detecteren, en dat deze signalen tot enkele jaren voor de definitieve stervorming zouden verschijnen. fusie.
Met deze waarschuwing kunnen astronomen hun telescopen en observatoria voorbereiden om klaar te zijn om het moment van de fusie zelf te vangen en zich te verdiepen in nog waardevollere elektromagnetische en zwaartekrachtgolfgegevens.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Abonneer u op onze pagina's in Twitter dat Facebook.
Lees ook: