Forskere har funnet en ny måte å oppdage noen av de mest katastrofale sammenslåingshendelsene i universet før de skjer.
Nøytronstjerner, de ekstremt tette kjernene til massive døde stjerner som spiraler mot hverandre eller inn i et svart hull, kan heve tidevannsbølger i havet av tungladede partikler som omgir nøytronstjerner. Forskerne oppdaget at disse tidevannsbølgene manifesteres av regelmessige utbrudd av elektromagnetisk stråling som kan tjene som et tidlig varslingssystem for forestående fusjoner.
Nøytronstjerner er sannsynligvis de mest ekstreme objektene i universet. Ja, sorte hull kan være mer eksotiske, men de er relativt enkle - de har bare mye tyngdekraft. Derimot er nøytronstjerner i hovedsak gigantiske atomkjerner, og dette innebærer interessant og kompleks fysikk som sorte hull ikke har.
En typisk nøytronstjerne har en diameter på bare noen få kilometer, men kan veie flere ganger solens masse. De består nesten utelukkende av nøytroner (derav navnet), men inneholder populasjoner av frie elektroner, protoner og ioner av tunge kjerner. De er født fra supernovaer – eksplosjonene av døende massive stjerner – og noen av dem kan inneholde de sterkeste magnetfeltene i hele universet.
Det indre av nøytronstjerner er det mest mystiske fordi trykket og tettheten er så stor at de er utenfor vår nåværende kunnskap om fysikk. Noen modeller antyder at kjerner ganske enkelt er en jevn strøm av nøytroner, mens andre antyder at nøytronene selv forfaller til kvarkene sine. Bak den indre kjernen er en hard, jevn masse av nøytroner som sakte forvandles til mer komplekse mønstre, som blokker og tråder, kjent som kjernefysisk pasta.
Det antas at den ytre skorpen til en nøytronstjerne består av superflytende elektroner og nøytroner som gir plass til et krystallgitter når det nærmer seg overflaten. Til slutt er det havet - et lag av flytende elektroner, nøytroner og ioner på en dybde på 10 til 100 m.
Materiens ekstremt eksotiske natur under disse forholdene – superflytende nøytroner skjer vanligvis ikke bare – gjør nøytronstjerner til førsteklasses kandidater for å studere ekstrem fysikk. Denne ideen ble raffinert etter oppdagelsen av GW 170817, et gravitasjonsbølgesignal som ble oppdaget sammen med den elektromagnetiske emisjonen av to sammenslående nøytronstjerner. Samdeteksjon, kalt multi-messenger astronomi, lar fysikere undersøke kjernene til nøytronstjerner som aldri før.
Men siden gravitasjonsbølger først ble oppdaget i 2017, har vi ikke sett noen andre nøytronstjernesammenslåingshendelser, noe som er skuffende fordi nøytronstjerner er et av naturens beste laboratorier for å teste høyenergifysikk.
Men nå kan en ny metode for å observere den eksotiske oppførselen til nøytronstjerner bety at vi ikke trenger å vente mye lenger. Den nye artikkelen, publisert i mai i preprints-databasen arXiv, fokuserer på havene av nøytronstjerner, som i tillegg til frie elektroner og nøytroner også kan inneholde karbon, oksygen og jern. Selv om havene er relativt grunt sammenlignet med hele dybden av nøytronstjernen, er de det ytre laget (ikke medregnet den utrolig tynne "atmosfæren") og den delen av nøytronstjernen som lettest reagerer på det ytre universet.
Spesielt fant forskerne at disse grunne havene kan støtte tidevann som hav på jorden. Men å heve tidevannet på en nøytronstjerne krever mye mer gravitasjonskraft for å overvinne all den ekstreme tyngdekraften. Tidevann i nøytronstjerner vises bare når nøytronstjernen er nær nok en massiv, tett gjenstand, for eksempel en annen nøytronstjerne eller et sort hull.
Heldigvis er slike binære filer relativt vanlige, ettersom stjerner vanligvis dannes i flere systemer og deretter går gjennom livssyklusene deres, og etterlater til slutt kombinasjoner av sorte hull og nøytronstjerner.
Når en nøytronstjerne begynner å smelte sammen med en annen nøytronstjerne eller sort hull, spirerer objektene sakte sammen over flere år. Når de roterer, tar gravitasjonsbølger energi fra systemet, og trekker paret nærmere. Tross alt, i de siste øyeblikkene, er fusjonen fullført i løpet av sekunder.
Men før det skjer, kan satellitten i bane utløse en rekke resonante tidevann på nøytronstjernen. Disse tidevannet kan opprettholde en frekvens på opptil 100 megahertz og bære opp til hele 10^29 joule energi. For å gi deg en ide om hvor stort dette tallet er, bruker hele menneskeheten bare 10^20 joule hvert år. Resonansbølgen til en enkelt nøytronstjerne har mer energi enn all strålingen fra solen i 10 tusen år.
I motsetning til havbølger, består disse tidevannet av et hav av plasma. De ekstreme elektriske ladningene gjør at tidevannet kan sende ut intense utbrudd av elektromagnetisk stråling som kan fremstå for oss som røntgen- og gammautbrudd.
Basert på deres beregninger anslo forskerne at romobservatorier som Fermi Space Gamma-ray Telescope og Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) kunne oppdage flere nøytronstjerner hvert år, og at disse signalene ville dukke opp opptil flere år før den endelige fusjon.
Med denne advarselen kan astronomer forberede teleskopene og observatoriene sine til å være klare til å fange øyeblikket av selve fusjonen og fordype seg i enda mer verdifulle elektromagnetiske og gravitasjonsbølgedata.
Du kan hjelpe Ukraina med å kjempe mot de russiske inntrengerne. Den beste måten å gjøre dette på er å donere midler til Ukrainas væpnede styrker gjennom Redd livet eller via den offisielle siden NBU.
Abonner på våre sider i Twitter og Facebook.
Les også: