Jak můžeme porozumět prostředí, které nelze na Zemi replikovat? To je výzva, které astrofyzici neustále čelí. V některých případech jde do značné míry o to, přijít na to, jak aplikovat dobře srozumitelnou fyziku na extrémní podmínky, a poté porovnat výstup těchto rovnic s pozorováním. Pozoruhodnou výjimkou je ale neutronová hvězda, kde jsou příslušné rovnice poměrně složité a pozorování neposkytují mnoho podrobností.
Proto, i když jsme si jisti, že blízko povrchu těchto objektů je vrstva téměř čistých neutronů, nejsme si zcela jisti, co by mohlo být přítomno v jejich nejvnitřnější hloubce.
Tento týden Nature publikuje studii, která se nás pokouší přiblížit porozumění. Nedává nám to odpověď – stále je tu spousta nejistoty. Je to ale skvělá příležitost podívat se na proces, jak vědci mohou přebírat data z celé řady zdrojů a začít tyto nejistoty snižovat.
A co neutrony?
Hmota, která tvoří neutronové hvězdy, začíná jako ionizované atomy poblíž jádra masivní hvězdy. Jakmile fúzní reakce hvězdy přestanou produkovat dostatek energie k potlačení gravitační síly, tento materiál se smrští a zažije rostoucí tlak. Drtivá síla stačí k odstranění hranic mezi atomovými jádry, čímž vznikne obří polévka protonů a neutronů. Nakonec jsou i elektrony v této oblasti nuceny vytvořit mnoho protonů a přeměnit je na neutrony.
To nakonec poskytuje sílu ke stlačení drtící síly gravitace. Kvantová mechanika zabraňuje neutronům, aby obsadily stejný energetický stav, v těsné blízkosti, a to zabraňuje neutronům přiblížit se a tím zabraňuje zhroucení do černé díry. Je však možné, že mezi masou neutronů a černou dírou existuje přechodný stav, kdy se hranice mezi neutrony začnou hroutit, což má za následek podivné shluky jejich kvarků.
Tyto typy interakcí jsou vystaveny silné síle, která váže kvarky dohromady na protony a neutrony a poté tyto protony a neutrony váže do atomových jader. Bohužel výpočty zahrnující extrémní sílu jsou výpočetně velmi nákladné. V důsledku toho není možné přimět je, aby pracovaly s druhem energií a hustot, jaké se nacházejí v neutronové hvězdě.
Ale to neznamená, že jsme uvízli. Máme hrubé odhady silné síly, kterou lze vypočítat při příslušných energiích. A i když nás to nechávají s velkými pochybnostmi, je možné použít různé empirické důkazy ke snížení těchto nejistot.
Jak se díváte na neutronovou hvězdu
Neutronové hvězdy jsou na svou hmotnost neuvěřitelně kompaktní, stlačují hmotu větší než hmotnost Slunce uvnitř objektu širokého pouze asi 20 km. Nejbližší, o kterém víme, je stovky světelných let daleko a většina z nich je mnohem dál. Zdá se tedy, že s tím, jak jsou tyto věci zobrazeny, se toho moc dělat nedá, že?
Ne úplně. Mnoho neutronových hvězd je v systémech s jiným tělesem – v některých případech s neutronovou hvězdou. Způsob, jakým tyto dva objekty vzájemně ovlivňují své oběžné dráhy, nám může hodně prozradit o hmotnosti neutronové hvězdy. NASA má také vyhrazenou observatoř neutronových hvězd připojenou k Mezinárodní vesmírné stanici. NICER (Nutron Star Interior Composition Explorer) využívá řadu rentgenových teleskopů k získání detailních snímků neutronových hvězd při jejich rotaci. To jí umožnilo dělat věci, jako je sledování souboru Chování jednoho hotspotu na povrchu hvězdy.
A co je nejdůležitější pro tuto práci, NICER . can Detekce časoprostorového zkreslení kolem velkých neutronových hvězd a využít to k vytvoření přiměřeně přesného odhadu jejich velikosti. V kombinaci s pevným odhadem hmotnosti neutronové hvězdy je možné zjistit hustotu a porovnat ji s hustotou, kterou byste očekávali od něčeho, co jsou čisté neutrony.
Ale nejsme omezeni pouze na fotony, pokud jde o hodnocení vzniku neutronových hvězd. V posledních letech sloučení neutronových hvězd Přesné podrobnosti tohoto signálu, který je detekován gravitačními vlnami, závisí na vlastnostech hvězd, které se slučují. Proto by tato spojení mohla také pomoci vyloučit některé potenciální modely neutronových hvězd.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
