Výskumníci našli nový spôsob, ako odhaliť niektoré z najkatastrofickejších fúzií vo vesmíre skôr, ako sa stanú.
Neutrónové hviezdy, extrémne husté jadrá masívnych mŕtvych hviezd, ktoré sa špirálovito otáčajú k sebe alebo do čiernej diery, môžu vyvolať prílivové vlny v oceánoch ťažkých nabitých častíc obklopujúcich neutrónové hviezdy. Vedci zistili, že tieto prílivové vlny sa prejavujú pravidelnými výbuchmi elektromagnetického žiarenia, ktoré môžu slúžiť ako systém včasného varovania pred hroziacimi fúziami.
Neutrónové hviezdy sú pravdepodobne najextrémnejšie objekty vo vesmíre. Áno, čierne diery môžu byť exotickejšie, ale sú relatívne jednoduché – majú len veľkú gravitáciu. Naproti tomu neutrónové hviezdy sú v podstate obrie atómové jadrá a to zahŕňa zaujímavú a komplexnú fyziku, ktorú čierne diery nemajú.
Typická neutrónová hviezda má priemer len niekoľko kilometrov, no môže vážiť niekoľkonásobok hmotnosti Slnka. Pozostávajú takmer výlučne z neutrónov (odtiaľ názov), ale obsahujú populácie voľných elektrónov, protónov a iónov ťažkých jadier. Zrodili sa zo supernov – výbuchov umierajúcich masívnych hviezd – a niektoré z nich môžu obsahovať najsilnejšie magnetické polia v celom vesmíre.
Vnútro neutrónových hviezd je najzáhadnejšie, pretože tlak a hustota sú také veľké, že presahujú naše súčasné znalosti fyziky. Niektoré modely naznačujú, že jadrá sú jednoducho jednotným prúdom neutrónov, zatiaľ čo iné naznačujú, že samotné neutróny sa rozpadajú na svoje kvarky. Za vnútorným jadrom je tvrdá, hladká masa neutrónov, ktorá sa pomaly transformuje na zložitejšie vzory, ako sú bloky a vlákna, známe pod spoločným názvom jadrová pasta.
Predpokladá sa, že vonkajšia kôra neutrónovej hviezdy pozostáva zo supratekutých elektrónov a neutrónov, ktoré pri približovaní sa k povrchu ustupujú kryštálovej mriežke. Nakoniec je tu oceán – vrstva tekutých elektrónov, neutrónov a iónov v hĺbke 10 až 100 m.
Extrémne exotická povaha hmoty za týchto podmienok – supratekuté neutróny sa zvyčajne nevyskytujú len tak – robí z neutrónových hviezd hlavných kandidátov na štúdium extrémnej fyziky. Táto myšlienka bola vylepšená po objave GW 170817, signálu gravitačných vĺn zistených spolu s elektromagnetickou emisiou dvoch spájajúcich sa neutrónových hviezd. Spoločná detekcia, nazývaná multi-messengerová astronómia, umožňuje fyzikom skúmať jadrá neutrónových hviezd ako nikdy predtým.
Ale odkedy boli gravitačné vlny prvýkrát zistené v roku 2017, nevideli sme žiadne ďalšie udalosti zlúčenia neutrónových hviezd, čo je sklamaním, pretože neutrónové hviezdy sú jedným z najlepších laboratórií prírody na testovanie fyziky vysokých energií.
Teraz však nová metóda pozorovania exotického správania neutrónových hviezd môže znamenať, že už nebudeme musieť dlho čakať. Nová práca, publikovaná v máji v databáze preprintov arXiv, sa zameriava na oceány neutrónových hviezd, ktoré okrem voľných elektrónov a neutrónov môžu obsahovať aj uhlík, kyslík a železo. Aj keď sú oceány relatívne plytké v porovnaní s celou hĺbkou neutrónovej hviezdy, sú vonkajšou vrstvou (nepočítajúc neuveriteľne tenkú „atmosféru“) a časťou neutrónovej hviezdy, ktorá najľahšie reaguje na vonkajší vesmír.
Najmä výskumníci zistili, že tieto plytké oceány môžu podporovať príliv a odliv ako oceány na Zemi. Ale zvýšiť príliv na neutrónovej hviezde si vyžaduje oveľa väčšiu gravitačnú silu, aby ste prekonali všetku tú extrémnu gravitáciu. Príliv a odliv v neutrónových hviezdach sa objaví iba vtedy, keď je neutrónová hviezda dostatočne blízko k masívnemu, hustému objektu, ako je iná neutrónová hviezda alebo čierna diera.
Našťastie sú takéto dvojhviezdy relatívne bežné, pretože hviezdy sa zvyčajne tvoria vo viacerých systémoch a potom prechádzajú svojimi životnými cyklami, pričom nakoniec zanechajú kombinácie čiernych dier a neutrónových hviezd.
Keď sa neutrónová hviezda začne spájať s inou neutrónovou hviezdou alebo čiernou dierou, objekty sa v priebehu niekoľkých rokov pomaly stáčajú. Ako sa otáčajú, gravitačné vlny odoberajú energiu zo systému a priťahujú pár bližšie. Koniec koncov, v posledných chvíľach je spojenie dokončené v priebehu niekoľkých sekúnd.
Ale skôr, ako sa tak stane, satelit na obežnej dráhe môže spustiť sériu rezonančných prílivov na neutrónovej hviezde. Tieto prílivy a odlivy dokážu udržať frekvenciu až 100 megahertzov a preniesť až neuveriteľných 10^29 joulov energie. Aby ste mali predstavu o tom, aké veľké je toto číslo, celá ľudská rasa používa každý rok iba 10^20 joulov. Rezonančná vlna jedinej neutrónovej hviezdy má viac energie ako všetko žiarenie Slnka za 10 tisíc rokov.
Na rozdiel od morských vĺn tieto prílivy pozostávajú z oceánu plazmy. Extrémne elektrické náboje znamenajú, že príliv a odliv môže vyžarovať intenzívne záblesky elektromagnetického žiarenia, ktoré sa nám môžu javiť ako záblesky röntgenového a gama žiarenia.
Vedci na základe svojich výpočtov odhadli, že vesmírne observatóriá, ako je Fermiho vesmírny gama lúč a Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), by mohli každý rok odhaliť niekoľko neutrónových hviezd a že tieto signály sa objavia až niekoľko rokov pred konečným zlúčenie.
S týmto varovaním môžu astronómovia pripraviť svoje teleskopy a observatóriá tak, aby boli pripravené zachytiť moment samotného zlúčenia a ponoriť sa do ešte cennejších údajov o elektromagnetických a gravitačných vlnách.
Môžete pomôcť Ukrajine v boji proti ruským útočníkom. Najlepším spôsobom, ako to urobiť, je darovať finančné prostriedky Ozbrojeným silám Ukrajiny prostredníctvom Zachrániť život alebo cez oficiálnu stránku NBU.
Prihláste sa na odber našich stránok v Twitter že Facebook.
Prečítajte si tiež: