Cercetătorii au găsit o nouă modalitate de a detecta unele dintre cele mai catastrofale evenimente de fuziune din univers înainte ca acestea să se întâmple.
Stelele neutronice, nucleele extrem de dense de stele moarte masive care se îndreaptă unele spre altele sau într-o gaură neagră, pot ridica valuri de maree în oceane de particule grele încărcate din jurul stelelor neutronice. Cercetătorii au descoperit că aceste valuri de maree se manifestă prin explozii regulate de radiații electromagnetice care pot servi drept sistem de avertizare timpurie pentru fuziuni iminente.
Stelele neutronice sunt probabil cele mai extreme obiecte din univers. Da, găurile negre pot fi mai exotice, dar sunt relativ simple – au doar multă gravitație. În schimb, stelele neutronice sunt în esență nuclee atomice gigantice, iar acest lucru implică o fizică interesantă și complexă pe care găurile negre nu o au.
O stea neutronică tipică are un diametru de doar câțiva kilometri, dar poate cântări de câteva ori masa Soarelui. Ele constau aproape în întregime din neutroni (de unde și numele), dar conțin populații de electroni liberi, protoni și ioni de nuclee grele. Ele se nasc din supernove – exploziile stelelor masive pe moarte – iar unele dintre ele pot conține cele mai puternice câmpuri magnetice din întregul univers.
Interiorul stelelor neutronice este cel mai misterios, deoarece presiunea și densitatea sunt atât de mari încât depășesc cunoștințele noastre actuale despre fizică. Unele modele sugerează că nucleele sunt pur și simplu un flux uniform de neutroni, în timp ce altele sugerează că neutronii înșiși se descompun în quarcii lor. În spatele miezului interior se află o masă tare și netedă de neutroni care se transformă încet în modele mai complexe, cum ar fi blocuri și fire, cunoscute în mod colectiv sub numele de pastă nucleară.
Se crede că scoarța exterioară a unei stele neutronice este formată din electroni superfluizi și neutroni care lasă loc unei rețele cristaline pe măsură ce se apropie de suprafață. În cele din urmă, există oceanul - un strat de electroni lichizi, neutroni și ioni la o adâncime de 10 până la 100 m.
Natura extrem de exotică a materiei în aceste condiții – neutronii superfluizi nu se întâmplă de obicei doar – face ca stelele de neutroni să fie candidați principali pentru studiul fizicii extreme. Această idee a fost rafinată după descoperirea lui GW 170817, un semnal de undă gravitațională detectat împreună cu emisia electromagnetică a două stele neutronice care se fuzionează. Co-detecția, denumită astronomie cu mai mulți mesageri, le permite fizicienilor să cerceteze nucleele stelelor neutronice ca niciodată.
Dar, de când undele gravitaționale au fost detectate pentru prima dată în 2017, nu am văzut niciun alt eveniment de fuziune a stelelor neutronice, ceea ce este dezamăgitor, deoarece stelele cu neutroni sunt unul dintre cele mai bune laboratoare ale naturii pentru testarea fizicii energiilor înalte.
Dar acum, o nouă metodă de observare a comportamentului exotic al stelelor neutronice poate însemna că nu va trebui să așteptăm mult mai mult. Noua lucrare, publicată în mai în baza de date preprints arXiv, se concentrează asupra oceanelor de stele neutronice, care, pe lângă electronii și neutronii liberi, pot conține și carbon, oxigen și fier. Deși oceanele sunt relativ puțin adânci în comparație cu întreaga adâncime a stelei neutronice, ele sunt stratul exterior (fără a lua în calcul „atmosfera”) incredibil de subțire și partea stelei neutronice care răspunde cel mai ușor la universul exterior.
În special, cercetătorii au descoperit că aceste oceane de mică adâncime pot susține maree precum oceanele de pe Pământ. Dar pentru a ridica valul pe o stea neutronică necesită mult mai multă atracție gravitațională pentru a depăși toată acea gravitație extremă. Mareeele din stelele neutronice apar doar atunci când steaua neutronică este suficient de aproape de un obiect masiv și dens, cum ar fi o altă stea neutronică sau o gaură neagră.
Din fericire, astfel de binare sunt relativ comune, deoarece stelele se formează de obicei în mai multe sisteme și apoi trec prin ciclurile lor de viață, lăsând în cele din urmă combinații de găuri negre și stele neutronice.
Când o stea neutronică începe să se contopească cu o altă stea neutronică sau cu o gaură neagră, obiectele spiralează încet împreună de-a lungul mai multor ani. Pe măsură ce se rotesc, undele gravitaționale preiau energie din sistem, trăgând perechea mai aproape. La urma urmei, în ultimele momente, fuziunea se finalizează în câteva secunde.
Dar înainte să se întâmple asta, satelitul care orbitează poate declanșa o serie de maree rezonante pe steaua neutronică. Aceste maree pot menține o frecvență de până la 100 de megaherți și pot transporta până la 10^29 de jouli de energie. Pentru a vă face o idee despre cât de mare este acest număr, întreaga rasă umană folosește doar 10^20 de jouli în fiecare an. Unda de rezonanță a unei singure stele neutronice are mai multă energie decât toată radiația Soarelui timp de 10 mii de ani.
Spre deosebire de valurile oceanului, aceste maree constau dintr-un ocean de plasmă. Sarcinile electrice extreme înseamnă că mareele pot emite explozii intense de radiații electromagnetice care ne pot apărea ca explozii de raze X și gama.
Pe baza calculelor lor, cercetătorii au estimat că observatoarele spațiale, cum ar fi Telescopul cu raze gamma spațiale Fermi și Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) ar putea detecta mai multe stele neutronice în fiecare an și că aceste semnale ar apărea cu câțiva ani înainte de finalul final. fuziune.
Cu acest avertisment, astronomii își pot pregăti telescoapele și observatoarele pentru a fi gata să surprindă momentul fuziunii în sine și să se adâncească în date și mai valoroase ale undelor electromagnetice și gravitaționale.
Poți ajuta Ucraina să lupte împotriva invadatorilor ruși. Cel mai bun mod de a face acest lucru este să donați fonduri Forțelor Armate ale Ucrainei prin intermediul Salveaza viata sau prin pagina oficiala NBU.
Abonați-vă la paginile noastre în Twitter că Facebook.
Citeste si: