Πόσο μεγάλο είναι ένα αστέρι νετρονίων; Αυτά τα ακραία, εξαιρετικά πυκνά αστέρια που κατέρρευσαν είναι αρκετά μικρά, όσον αφορά τα αστρικά αντικείμενα. Παρόλο που συσκευάζουν τη μάζα ενός αστεριού πλήρους μεγέθους, το μέγεθός τους συχνά συγκρίνεται με το πλάτος μιας πόλης μεσαίου προς μεγάλου μεγέθους. Για χρόνια, οι αστρονόμοι έχουν κολλήσει τα αστέρια νετρονίων σε διάμετρο κάπου μεταξύ 19-27 km (12 έως 17 μίλια). Αυτό είναι στην πραγματικότητα αρκετά ακριβές, δεδομένων των αποστάσεων και των χαρακτηριστικών των άστρων νετρονίων. Αλλά οι αστρονόμοι εργάζονται για να το περιορίσουν στο άρτιοπερισσότεροακριβής μέτρηση.
Μια διεθνής ομάδα ερευνητών έχει κάνει τώρα ακριβώς αυτό. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από πολλά διαφορετικά τηλεσκόπια και παρατηρητήρια, τα μέλη του Ινστιτούτου Max Planck για τη Βαρυτική Φυσική, το Ινστιτούτο Άλμπερτ Αϊνστάιν (AEI) έχουν περιορίσει τις εκτιμήσεις μεγέθους για αστέρια νετρονίων κατά δύο φορές.
«Βρίσκουμε ότι το τυπικό αστέρι νετρονίων, το οποίο είναι περίπου 1,4 φορές πιο βαρύ από τον Ήλιο μας, έχει ακτίνα περίπου 11 χιλιομέτρων», δήλωσε ο Badri Krishnan, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας στο AEI Hannover. 'Τα αποτελέσματά μας περιορίζουν την ακτίνα πιθανότατα μεταξύ 10,4 και 11,9 χιλιομέτρων.'
Αυτό μεταφράζεται σε διάμετρο μεταξύ 20,8 – 23,8 km (13-14,8 μίλια).
Το Afterglow του GW170817 εμφανίζεται σε κοντινά πλάνα που τραβήχτηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA, δείχνοντάς το να μειώνεται σε φωτεινότητα κατά τη διάρκεια ημερών και εβδομάδων. ΠΙΣΤΩΣΗ: NASA και ESA: A. Levan (U. Warwick), N. Tanvir (U. Leicester) και A. Fruchter and O. Fox (STScI)
Το αντικείμενο της μελέτης αυτής της ομάδας είναι μάλλον διάσημο: t η συγχώνευση δυαδικών άστρων νετρονίων GW170817 που δημιούργησε τα βαρυτικά κύματα που εντοπίστηκαν το 2017 από το LIGO (Laser-Interferometer Gravitational Wave Observatory) και την κοινοπραξία Virgo. Αυτό το αντικείμενο έχει μελετηθεί πολλές φορές από πολλαπλά τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου του δορυφόρου Fermi, του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble και άλλων τηλεσκοπίων και παρατηρητηρίων σε όλο τον κόσμο. Όλες αυτές οι παρατηρήσεις έδωσαν στην ομάδα του Max Planck ένα φορτίο δεδομένων για να εργαστεί.
'Οι συγχωνεύσεις δυαδικών άστρων νετρονίων είναι ένα χρυσωρυχείο πληροφοριών!' είπε ο Collin Capano, ερευνητής στο AEI Hannover και κύριος συγγραφέας του a εργασία που δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy. «Τα αστέρια νετρονίων περιέχουν την πιο πυκνή ύλη στο παρατηρήσιμο σύμπαν. … Με τη μέτρηση των ιδιοτήτων αυτών των αντικειμένων, μαθαίνουμε για τη θεμελιώδη φυσική που διέπει την ύλη σε υποατομικό επίπεδο».
Τα αστέρια νετρονίων σχηματίζονται όταν ένα τεράστιο αστέρι τελειώνει από καύσιμο και καταρρέει. Η πολύ κεντρική περιοχή του άστρου - ο πυρήνας - καταρρέει, συνθλίβοντας μαζί κάθε πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο σε ένα νετρόνιο. Εάν ο πυρήνας του αστεριού που καταρρέει είναι μεταξύ περίπου 1 και 3 ηλιακών μαζών, αυτά τα νεοδημιουργηθέντα νετρόνια μπορούν να σταματήσουν την κατάρρευση, αφήνοντας πίσω τους ένα αστέρι νετρονίων.
Αστέρια με ακόμη μεγαλύτερη μάζα θα συνεχίσουν να καταρρέουν σε μαύρες τρύπες αστρικής μάζας.
Εικονογράφηση καλλιτέχνη δύο συγχωνευόμενων αστέρων νετρονίων. Οι στενές δέσμες αντιπροσωπεύουν την έκρηξη ακτίνων γάμμα ενώ το κυματιζόμενο χωροχρόνο πλέγμα υποδεικνύει τα ισότροπα βαρυτικά κύματα που χαρακτηρίζουν τη συγχώνευση. Τα στροβιλιζόμενα σύννεφα υλικού που εκτοξεύονται από τα αστέρια που συγχωνεύονται είναι μια πιθανή πηγή φωτός που φάνηκε σε χαμηλότερες ενέργειες. Πίστωση: Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
Αλλά η κατάρρευση σε αστέρι νετρονίων δημιουργεί το πιο πυκνό αντικείμενο που είναι γνωστό – και πάλι, ένα αντικείμενο με τη μάζα ενός ήλιου συνθλίβεται στο μέγεθος μιας πόλης. Και πιθανότατα θα έχετε ξανακούσει αυτήν την άλλη σύγκριση, αλλά αξίζει να την επαναλάβετε γιατί είναι δραματική: Ένας κύβος ζάχαρης από υλικό αστέρι νετρονίων θα ζύγιζε περίπου 1 τρισεκατομμύριο κιλά (ή 1 δισεκατομμύριο τόνους) στη Γη – περίπου όσο το Όρος Έβερεστ.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα μοντέλο που βασίζεται στη θεμελιώδη κατανόηση του πώς αλληλεπιδρούν τα υποατομικά σωματίδια στις υψηλές πυκνότητες που βρίσκονται μέσα σε αστέρια νετρονίων.
Αλλά επειδή το μέγεθος άλλων άστρων μπορεί να ποικίλλει ευρέως, δεν θα μπορούσε να ποικίλλει και το μέγεθος των άστρων νετρονίων;
Πρώτον, για να διευκρινίσουμε, η ακτίνα που αναφέρεται σε αυτή τη μελέτη είναι για ένα αστέρι νετρονίων που έχει μάζα 1,4 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου μας.
'Πρόκειται για μια πιστή μάζα που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιβλιογραφία, επειδή σχεδόν όλα τα αστέρια νετρονίων που έχουν παρατηρηθεί σε ένα δυαδικό σύστημα έχουν μάζα κοντά σε αυτήν την τιμή', είπε ο Capano στο Universe Today σε ένα email. «Ο λόγος που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το GW170817 για να υπολογίσουμε την ακτίνα 1,4 ηλιακής μάζας αστέρι νετρονίων είναι ότι αναμένουμε σχεδόν όλα τα αστέρια νετρονίων να είναι φτιαγμένα από το ίδιο υλικό».
Για άλλα «κανονικά» αστέρια, η σχέση μεταξύ της μάζας και της ακτίνας τους εξαρτάται από μια σειρά μεταβλητών, όπως το στοιχείο που το αστέρι συντήκεται στον πυρήνα του, εξήγησε ο Capano.
'Τα αστέρια νετρονίων, από την άλλη πλευρά, είναι τόσο συμπαγή και πυκνά, που δεν υπάρχουν πραγματικά ξεχωριστά άτομα σε αυτά - ολόκληρο το αστέρι είναι βασικά ένας γιγαντιαίος ατομικός πυρήνας, που αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από νετρόνια συσκευασμένα σφιχτά μεταξύ τους', είπε. «Για αυτόν τον λόγο, δεν μπορείτε να σκεφτείτε ότι τα αστέρια νετρονίων αποτελούνται από πιθανώς διαφορετικά στοιχεία. Πράγματι, το «στοιχείο» δεν έχει πραγματικά καμία σημασία σε αυτές τις πυκνότητες, αφού αυτό που καθορίζει ένα στοιχείο είναι ο αριθμός των πρωτονίων που έχει στα συστατικά του άτομα».
Ο Capano είπε ότι εφόσον όλα τα νετρόνια αποτελούνται από τα ίδια πράγματα (κουάρκ, που συγκρατούνται μεταξύ τους από γκλουόνια), οι αστρονόμοι αναμένουν ότι θα υπάρχει μια καθολική χαρτογράφηση μεταξύ της μάζας και της ακτίνας που ισχύει για όλα τα αστέρια νετρονίων.
«Επομένως, όταν παραθέτουμε το πιθανό μέγεθος ενός αστέρα νετρονίων 1,4 ηλιακής μάζας, αυτό που στην πραγματικότητα κάνουμε είναι να περιορίζουμε τους πιθανούς φυσικούς νόμους που περιγράφουν τον υποατομικό κόσμο», είπε.
Όπως περιγράφει η ομάδα στο έγγραφό της, τα αποτελέσματα και οι διαδικασίες τους μπορούν επίσης να εφαρμοστούν στη μελέτη άλλων αστρονομικών αντικειμένων, όπως πάλσαρ, μαγνήταροι, ακόμα και στον τρόπο με τον οποίο εκπέμπονται τα βαρυτικά κύματα για να δώσουν λεπτομέρειες για το τι δημιουργεί αυτά τα κύματα.
«Αυτά τα αποτελέσματα είναι συναρπαστικά, όχι μόνο επειδή μπορέσαμε να βελτιώσουμε σε μεγάλο βαθμό τις μετρήσεις των ακτίνων άστρων νετρονίων, αλλά επειδή μας δίνει ένα παράθυρο στην τελική μοίρα των άστρων νετρονίων στη συγχώνευση δυαδικών στοιχείων», δήλωσε η Stephanie Brown, συν-συγγραφέας της δημοσίευσης. και διδάκτορας στο AEI Hannover.
Περισσότερο:
Χαρτί: Αυστηροί περιορισμοί στις ακτίνες άστρων νετρονίων από παρατηρήσεις πολλαπλών μηνυμάτων και πυρηνική θεωρία
Δελτίο τύπου του Ινστιτούτου Max Planck
