Μέσα στον φλοιό των άστρων νετρονίων, υπάρχουν πυρηνικά ζυμαρικά. η πιο σκληρή γνωστή ουσία στο σύμπαν
Από τότε που ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1930, οι επιστήμονες έχουν προβληματιστεί σχετικά με το μυστήριο που είναι τα αστέρια νετρονίων. Αυτά τα αστέρια, τα οποία είναι το αποτέλεσμα μιας έκρηξης σουπερνόβα, είναι τα μικρότερα και πυκνότερα αστέρια στο Σύμπαν. Ενώ συνήθως έχουν ακτίνα περίπου 10 km (6,2 mi) – περίπου 1,437 x 10-5φορές αυτή του Ήλιου – επίσης κατά μέσο όρο είναι μεταξύ 1,4 και 2,16 ηλιακές μάζες.
Σε αυτή την πυκνότητα, η οποία είναι ίδια με αυτή των ατομικών πυρήνων, ένα μόνο κουταλάκι του γλυκού υλικού αστεριών νετρονίων θα ζύγιζε περίπου 90 εκατομμύρια μετρικούς τόνους (100 εκατομμύρια τόνους ΗΠΑ). Και τώρα, μια ομάδα επιστημόνων διεξήγαγε μια μελέτη που δείχνει ότι το ισχυρότερο γνωστό υλικό στο Σύμπαν – αυτό που αναφέρουν ως «πυρηνικά ζυμαρικά» – υπάρχει βαθιά μέσα στον φλοιό των άστρων νετρονίων.
Η μελέτη με τίτλο « Ελαστικότητα πυρηνικών ζυμαρικών », έγινε πρόσφατα δεκτό για δημοσίευση από τηνΕπιστολές Φυσικής Ανασκόπησης.Επικεφαλής της μελέτης ήταν ο Matt Caplan, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Διαστημικό Ινστιτούτο McGill (MSI), και περιλάμβανε μέλη από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Walter Burke και του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα Κέντρο Πυρηνικής Θεωρίας .
Διατομή αστέρα νετρονίων. Προσφορά: Wikipedia Commons/Robert Schulze
Σε σύγκριση με άλλες κατηγορίες αστέρων (με εξαίρεση τα υποθετικά αστέρια κουάρκ και τα περίεργα αστέρια) τα αστέρια νετρονίων είναι μάλλον μοναδικά. Λόγω της έντονης βαρύτητάς τους (η οποία προκαλεί το πάγωμα των εξωτερικών τους στοιβάδων) τα αστέρια νετρονίων είναι παρόμοια με τη Γη στο ότι έχουν έναν στερεό φλοιό που περιβάλλει έναν υγρό εσωτερικό πυρήνα. Κάτω από τον φλοιό, η υψηλή πυκνότητα προκαλεί το σχηματισμό υλικού που έχει μια περίεργη δομή.
Εν ολίγοις, οι ανταγωνιστικές δυνάμεις μεταξύ των πρωτονίων και των νετρονίων μέσα σε ένα αστέρι νετρονίων αναγκάζουν το υλικό να συναρμολογηθεί σε περίεργα σχήματα, όπως μακριούς κύλινδροι ή επίπεδα επίπεδα που συνήθως αναφέρονται ως 'λαζάνια' και 'μακαρόνια' - εξ ου και το παρατσούκλι 'πυρηνικά ζυμαρικά'. Ενώ είναι ένα συναρπαστικό θέμα μελέτης, δεν έχουν μαθευτεί πολλά για αυτό το υλικό ή τις μυστηριώδεις δομές του.
Ως Caplan υποδεικνύεται σε ένα πρόσφατο δελτίο τύπου του McGill, «Η ισχύς του φλοιού των άστρων νετρονίων, ειδικά του πυθμένα του φλοιού, σχετίζεται με μεγάλο αριθμό προβλημάτων αστροφυσικής, αλλά δεν είναι καλά κατανοητή».
Για να ρίξουν φως σε αυτό, ο Caplan και οι συνάδελφοί του έτρεξαν με επιτυχία τις μεγαλύτερες προσομοιώσεις υπολογιστή που έχουν πραγματοποιηθεί ποτέ για φλοιούς αστεριών νετρονίων και η μελέτη τους ήταν η πρώτη που περιέγραψε πώς σπάνε αυτοί οι φλοιοί. Αυτές οι προσομοιώσεις, οι οποίες αποτελούνταν από τον Caplan και την ομάδα του να τεντώνουν και να παραμορφώνουν τα πυρηνικά ζυμαρικά για να δοκιμάσουν τη δύναμή τους, απαιτούσαν περίπου 2 εκατομμύρια ώρες χρόνου επεξεργασίας.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τα «πυρηνικά ζυμαρικά» ενός αστέρα νετρονίων, το ισχυρότερο γνωστό υλικό στο Σύμπαν. Πίστωση: University of McGill/MSI
Από αυτό, προσδιόρισαν ότι τα μοναδικά τους σχήματα, σε συνδυασμό με την ακραία πυκνότητα μέσα στα αστέρια νετρονίων, κάνουν τα πυρηνικά ζυμαρικά να είναι απίστευτα άκαμπτα. Στην πραγματικότητα, η δύναμή του φέρνει σε ντροπή υλικά όπως το γραφένιο και οι νανοσωλήνες άνθρακα. Αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να κατανοήσουν τις παρατηρήσεις τους για αστέρια νετρονίων.
Και λαμβάνοντας υπόψη την περσινή εκδήλωση kilonova, όπου δύο αστέρια νετρονίων συγκρούστηκαν, αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τους αστροφυσικούς στην έρευνα των βαρυτικών κυμάτων. Η μελέτη υποδηλώνει ακόμη ότι τα αστέρια νετρονίων μπορεί να δημιουργήσουν από μόνα τους μικρές ποσότητες βαρυτικών κυμάτων. Ως Caplan υποδεικνύεται , γνωρίζοντας περισσότερα για το πώς συμπεριφέρονται τα υλικά μέσα σε ένα αστέρι νετρονίων, οι επιστήμονες μπορεί να είναι σε θέση να ρίξουν νέο φως στην ασυνήθιστη φυσική που λαμβάνει χώρα μέσα τους:
«Πολλή ενδιαφέρουσα φυσική συμβαίνει εδώ κάτω από ακραίες συνθήκες και έτσι η κατανόηση των φυσικών ιδιοτήτων ενός αστέρα νετρονίων είναι ένας τρόπος για τους επιστήμονες να δοκιμάσουν τις θεωρίες και τα μοντέλα τους. Με αυτό το αποτέλεσμα, πολλά προβλήματα πρέπει να επανεξεταστούν. Πόσο μεγάλο βουνό μπορείς να χτίσεις σε ένα αστέρι νετρονίων πριν σπάσει ο φλοιός και καταρρεύσει; Πώς θα μοιάζει; Και το πιο σημαντικό, πώς μπορούν οι αστρονόμοι να το παρατηρήσουν;»
Η ικανότητα μελέτης και μοντελοποίησης του εσωτερικού των άστρων νετρονίων, των σουπερνόβα – για να μην αναφέρουμε την ικανότητα ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων – είναι όλα μέρος του τρόπου με τον οποίο η αστρονομία προχωρά αλματωδώς.
Περαιτέρω ανάγνωση: ΜακΓκιλ , Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης