Raziskovalci so našli nov način za odkrivanje nekaterih najbolj katastrofalnih združitev v vesolju, preden se zgodijo.
Nevtronske zvezde, izjemno gosta jedra masivnih mrtvih zvezd, ki se spiralno vrtijo druga proti drugi ali v črno luknjo, lahko dvignejo plimske valove v oceanih težkih nabitih delcev, ki obdajajo nevtronske zvezde. Raziskovalci so odkrili, da se ti plimski valovi kažejo z rednimi izbruhi elektromagnetnega sevanja, ki lahko služijo kot zgodnji opozorilni sistem za bližajoče se združitve.
Nevtronske zvezde so verjetno najbolj ekstremni objekti v vesolju. Da, črne luknje so morda bolj eksotične, vendar so razmeroma preproste – imajo le veliko gravitacije. Nasprotno pa so nevtronske zvezde v bistvu ogromna atomska jedra, kar vključuje zanimivo in zapleteno fiziko, ki je črne luknje nimajo.
Tipična nevtronska zvezda ima premer le nekaj kilometrov, vendar lahko tehta nekajkrat večjo maso Sonca. Sestavljeni so skoraj v celoti iz nevtronov (od tod tudi ime), vendar vsebujejo populacije prostih elektronov, protonov in ionov težkih jeder. Rojeni so iz supernov – eksplozij umirajočih masivnih zvezd – in nekateri od njih morda vsebujejo najmočnejša magnetna polja v celotnem vesolju.
Notranjost nevtronskih zvezd je najbolj skrivnostna, saj sta tlak in gostota tako velika, da presegata naše trenutno znanje fizike. Nekateri modeli kažejo, da so jedra preprosto enoten tok nevtronov, medtem ko drugi kažejo, da nevtroni sami razpadejo v svoje kvarke. Za notranjim jedrom je trda, gladka masa nevtronov, ki se počasi spreminja v bolj zapletene vzorce, kot so bloki in niti, ki jih skupaj imenujemo jedrska pasta.
Domneva se, da je zunanja skorja nevtronske zvezde sestavljena iz superfluidnih elektronov in nevtronov, ki se pri približevanju površini umaknejo kristalni mreži. Končno je tu še ocean – plast tekočih elektronov, nevtronov in ionov na globini od 10 do 100 m.
Zaradi izjemno eksotične narave materije v teh pogojih – supertekoči nevtroni se običajno ne zgodijo kar tako – so nevtronske zvezde glavni kandidati za študij ekstremne fizike. Ta zamisel je bila izpopolnjena po odkritju GW 170817, signala gravitacijskih valov, ki so ga zaznali skupaj z elektromagnetnim sevanjem dveh združujočih se nevtronskih zvezd. Soodkrivanje, imenovano astronomija z več sporočili, omogoča fizikom, da sondirajo jedra nevtronskih zvezd kot še nikoli doslej.
Toda odkar so bili gravitacijski valovi prvič zaznani leta 2017, nismo videli nobenih drugih dogodkov združitve nevtronskih zvezd, kar je razočaranje, saj so nevtronske zvezde eden najboljših naravnih laboratorijev za preizkušanje fizike visokih energij.
Zdaj pa nova metoda opazovanja eksotičnega obnašanja nevtronskih zvezd morda pomeni, da nam ne bo treba čakati dolgo. Nov članek, objavljen maja v zbirki prednatisov arXiv, se osredotoča na oceane nevtronskih zvezd, ki lahko poleg prostih elektronov in nevtronov vsebujejo tudi ogljik, kisik in železo. Čeprav so oceani razmeroma plitvi v primerjavi s celotno globino nevtronske zvezde, so zunanja plast (če ne štejemo neverjetno tanke "atmosfere") in del nevtronske zvezde, ki se najlažje odziva na zunanje vesolje.
Zlasti so raziskovalci ugotovili, da lahko ti plitvi oceani podpirajo plimovanje kot oceani na Zemlji. Toda za dvig plime na nevtronsko zvezdo je potrebna veliko večja gravitacijska sila, da premagamo vso to ekstremno gravitacijo. Plimovanje v nevtronskih zvezdah se pojavi samo, ko je nevtronska zvezda dovolj blizu masivnemu, gostemu predmetu, kot je druga nevtronska zvezda ali črna luknja.
Na srečo so takšni dvojniki razmeroma pogosti, saj se zvezde običajno oblikujejo v več sistemih in nato gredo skozi svoje življenjske cikle, pri čemer na koncu za seboj pustijo kombinacije črnih lukenj in nevtronskih zvezd.
Ko se nevtronska zvezda začne združevati z drugo nevtronsko zvezdo ali črno luknjo, se objekti počasi spiralno združijo več let. Ko se vrtijo, gravitacijski valovi jemljejo energijo iz sistema in vlečejo par bližje. Konec koncev je v zadnjih trenutkih združitev končana v nekaj sekundah.
Preden pa se to zgodi, lahko krožeči satelit sproži niz resonančnih plimov na nevtronski zvezdi. Te plime lahko vzdržujejo frekvenco do 100 megahercev in prenašajo do ogromnih 10^29 joulov energije. Da bi vam predstavili, kako velika je ta številka, celotna človeška rasa vsako leto porabi le 10^20 džulov. Resonančni val ene same nevtronske zvezde ima več energije kot vse sevanje Sonca za 10 tisoč let.
Za razliko od oceanskih valov so te plime sestavljene iz oceana plazme. Ekstremni električni naboji pomenijo, da lahko plimovanje oddaja intenzivne izbruhe elektromagnetnega sevanja, ki se nam lahko zdijo kot izbruhi rentgenskih žarkov in žarkov gama.
Raziskovalci so na podlagi svojih izračunov ocenili, da bi lahko vesoljski observatoriji, kot sta Fermijev vesoljski teleskop gama-žarkov in Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), vsako leto zaznali več nevtronskih zvezd in da bi se ti signali pojavili do nekaj let pred končno združitev.
S tem opozorilom lahko astronomi pripravijo svoje teleskope in observatorije, da bodo pripravljeni ujeti trenutek same združitve in se poglobiti v še bolj dragocene podatke o elektromagnetnem in gravitacijskem valovanju.
Lahko pomagate Ukrajini v boju proti ruskim okupatorjem. Najboljši način za to je donacija sredstev oboroženim silam Ukrajine prek Savelife ali preko uradne strani NBU.
Naročite se na naše strani v Twitter da Facebook.
Preberite tudi: