Z wyjątkiem czarnych dziur gwiazdy neutronowe są najgęstszymi obiektami we Wszechświecie. Jak poniżej
Czym są gwiazdy neutronowe?
Po tym, jak masywne gwiazdy wypalą swoje paliwoi wybuchają jako supernowe, mogą powstawać niezwykle zwarte obiekty – gwiazdy neutronowe. Są niezwykle gęste. Zatem łyżeczka materii gwiazdy neutronowej będzie ważyć na Ziemi około 112 milionów ton. Są jednak bardzo małe – przeciętna gwiazda neutronowa zmieści się w granicach Londynu. Ale Słońce, najbliższa nam gwiazda, może pomieścić ponad milion Ziemi.
Gwiazdy neutronowe są małe, ale bardzo gęste. Typowa gwiazda neutronowa w porównaniu do Londynu.
Źródło obrazu i prawa autorskie: Kolbjorn Skarpnes, NTNU
Aby osiągnąć taką gęstość, trzeba by skompresować masywne ciało, takie jak Słońce, do rozmiarów miasta takiego jak Frankfurt.
Dziś naukowcy wiedzą o istnieniu2000 do 3000 gwiazd neutronowych w Drodze Mlecznej. Uważa się jednak, że jest ich znacznie więcej. Są trudne do wykrycia z wielu powodów, od ich niewielkich rozmiarów (przynajmniej według standardów astronomicznych) po niską jasność w świetle widzialnym.
Dlaczego są tak interesujące?
Wszystkie obiekty we wszechświecie składają się z gwiazd.Substancje. Jednak nie wszystkie oprawy syntetyzują te same pierwiastki chemiczne. Zwykłe gwiazdy to fabryki do produkcji helu, węgla i innych znanych pierwiastków świetlnych.
Ilustracja: ESO
Tworzenie cięższych, takich jak srebro, złoto i platyna, wymaga zderzenia gwiazd neutronowych.
Jakie pytania mają naukowcy na temat gwiazd neutronowych?
Zmierz fale grawitacyjne, małeoscylacje czasoprzestrzeni powstałe w wyniku zderzenia dwóch gwiazd neutronowych udało się osiągnąć dopiero w 2017 roku. Jednakże skład powstałego gorącego i gęstego produktu stapiania nie jest dokładnie znany. Wciąż otwarte pozostają pytania, np. czy kwarki, które w przeciwnym razie zostałyby wychwytywane przez neutrony, mogą po zderzeniu pojawić się w postaci swobodnej. Aby się tego dowiedzieć, autorzy nowego badania opracowali nowy model.
Co zrobili badacze?
W ramach nowego badania naukowcy rozszerzyli swoją działalnośćmodele fizyki jądrowej, które nie mają zastosowania przy dużych gęstościach. W tym celu wykorzystali metodę stosowaną w teorii strun do opisu przejścia do gęstej i gorącej materii kwarkowej.
Kwark jest cząstką elementarną i fundamentalnąskładnik materii. Kwarki łączą się, tworząc cząstki złożone zwane hadronami, z których najbardziej stabilne są protony i neutrony, składniki jąder atomowych.
Ilustracja nowej metody:badacze wykorzystują pięciowymiarowe czarne dziury (po prawej) do obliczenia diagramu fazowego silnie związanej materii (w środku). Umożliwia to symulację fuzji gwiazd neutronowych i powstałych fal grawitacyjnych (po lewej).
Źródło: Uniwersytet Goethego we Frankfurcie nad Menem
Autorzy badania posłużyli się matematykązwiązek znaleziony w teorii strun, a mianowicie zgodność między pięciowymiarowymi czarnymi dziurami a silnie oddziałującą materią, opisujący przejście fazowe między gęstą materią jądrową i kwarkową.
Innymi słowy, fizycy używali pięciowymiarowegoczarne dziury do obliczenia diagramu fazowego silnie związanej materii. Pomogło to naukowcom symulować łączenie się gwiazd neutronowych i wynikające z tego fale grawitacyjne.
Materia kwarkowa składająca się z u-i kwarki d, charakteryzują się bardzo wysoką energią Fermiego w porównaniu ze zwykłą materią atomową. Jest również stabilny tylko w ekstremalnych temperaturach i/lub ciśnieniach. Sugeruje to, że tylko gwiazdy neutronowe z rdzeniem z materii kwarkowej mogą być stabilnymi gwiazdami kwarkowymi.
Czego się dowiedzieli?
Naukowcy wykorzystali już nowy modelw modelowaniu komputerowym. Udało im się zatem obliczyć sygnał fal grawitacyjnych z tych zderzeń i wykazać, że w wyniku „kosmicznego spotkania” gwiazd neutronowych może pojawić się zarówno gorąca, jak i zimna materia kwarkowa.
Przypomnijmy, że fale grawitacyjne są zmianamipole grawitacyjne, rozchodzące się jak fale. Są emitowane przez poruszające się masy, jednak po wypromieniowaniu oddzielają się od nich i istnieją niezależnie od tych mas. Matematycznie powiązane z zaburzeniami metryk czasoprzestrzeni i można je opisać jako „fale czasoprzestrzenne”.
Co dalej?
Naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości będą mogli porównać modele z przyszłymi falami grawitacyjnymi mierzonymi z kosmosu, aby lepiej zrozumieć materię kwarkową powstającą w zderzeniach gwiazd neutronowych.
Czytaj więcej:
Archeolodzy oficjalnie potwierdzili legendy biblijne
Znaleziono grób „kapłanki” Afrodyty: naukowcy pokazali, co tam znaleźli
Naukowcy widzieli, co znajduje się na terytorium stolicy Majów. Znalezisko ich zaskoczyło.
Okładka: University of Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, za pośrednictwem Wikimedia Commons