Naprawdę nie rozumiemy gwiazd neutronowych. Och, wiemy, że oni są - są pozostałościami niektórych z najbardziej masywnych gwiazd we wszechświecie - ale ujawnienie ich wewnętrznego działania jest nieco trudne, ponieważ fizyka utrzymująca ich przy życiu jest tylko słabo poznana.
Ale co jakiś czas dwie gwiazdy neutronowe zderzają się ze sobą, a kiedy to robią, wybuchają, wyrzucając kwantowe wnętrzności w kosmos. W zależności od wewnętrznej struktury i składu gwiazd neutronowych „ejecta” (grzeczne naukowe określenie astronomicznych wymiotów pocisków) będzie wyglądać inaczej niż nas obserwatorzy na Ziemi, dając nam rażący, ale potencjalnie potężny sposób na zrozumienie tych egzotycznych stworzeń.
Neutron Star Nougat
Jak można się domyślać, gwiazdy neutronowe są zbudowane z neutronów. Cóż, głównie. Mają też protony pływające w nich, co jest ważne na później, więc mam nadzieję, że o tym pamiętasz.
Gwiazdy neutronowe są pozostałymi rdzeniami niektórych naprawdę dużych gwiazd. Kiedy te gigantyczne gwiazdy pod koniec życia zaczynają stapiać lżejsze pierwiastki w żelazo i nikiel. Ciężar grawitacyjny reszty gwiazdy nadal rozbija te atomy razem, ale te reakcje fuzji nie wytwarzają już nadmiaru energii, co oznacza, że nic nie stoi na przeszkodzie, aby gwiazda zapadła się katastrofalnie w sobie.
W jądrze ciśnienia i gęstości stają się tak ekstremalne, że przypadkowe elektrony są wpychane do protonów, zamieniając je w neutrony. Gdy proces ten zakończy się (co zajmuje mniej niż kilkanaście minut), ta gigantyczna kula neutronów ma w końcu wystarczające środki, by oprzeć się dalszemu zapadnięciu się. Reszta gwiazdy odbija się od tego nowo wykutego jądra i wysadza w powietrze piękną eksplozję supernowej, pozostawiając jądro: gwiazdę neutronową.
Spirals Of Doom
Tak jak powiedziałem, gwiazdy neutronowe są gigantycznymi kulami neutronów, z tonami materiału (o wartości kilku słońca!) Stłoczonymi w objętości nie większej niż miasto. Jak można sobie wyobrazić, wnętrza tych egzotycznych stworzeń są dziwne, tajemnicze i złożone.
Czy neutrony łączą się w warstwy i tworzą małe struktury? Czy głębokie wnętrza są gęstą zupą neutronów, które stają się coraz dziwniejsze, im głębiej się schodzisz? Czy to ustępuje nawet dziwniejszym rzeczom? A co z naturą skorupy - najbardziej zewnętrznej warstwy upakowanych elektronów?
Istnieje wiele pytań bez odpowiedzi, jeśli chodzi o gwiazdy neutronowe. Ale na szczęście natura dała nam wgląd w nich.
Drobny minus: musimy poczekać, aż dwie gwiazdy neutronowe zderzą się, zanim będziemy mogli zobaczyć, z czego są zrobione. Czy pamiętasz GW170817? Właściwie to robisz - było to wielkie odkrycie fal grawitacyjnych pochodzących z dwóch zderzających się gwiazd neutronowych, wraz z szeregiem obserwacji teleskopu szybkiego ognia w całym spektrum elektromagnetycznym.
Wszystkie te jednoczesne obserwacje dały nam najbardziej kompletny obraz tzw kilonowelub potężne wybuchy energii i promieniowania z tych ekstremalnych zdarzeń. Ten szczególny epizod GW170817 był jedynym, jaki kiedykolwiek został złapany za pomocą detektorów fal grawitacyjnych, ale z pewnością nie jedynym, który miał miejsce we wszechświecie.
Nadzieja neutronowa
Kiedy gwiazdy neutronowe zderzają się, sprawy stają się naprawdę nieuporządkowane. Tym, co sprawia, że rzeczy są szczególnie nieuporządkowane, jest niewielka populacja protonów czających się wewnątrz głównie neutronowej gwiazdy neutronowej. Ze względu na swój ładunek dodatni i superszybki obrót samej gwiazdy są w stanie wytworzyć niezwykle silne pole magnetyczne (w niektórych przypadkach najpotężniejsze pola magnetyczne w całym wszechświecie), a te pola magnetyczne grają w złe gry.
Po zderzeniu gwiazdy neutronowej poszarpane resztki martwych gwiazd wirują wokół siebie na szybkiej orbicie, a niektóre ich wnętrzności rozszerzają się w tytanicznej fali podmuchowej, napędzanej energią zderzenia.
Pozostały wirujący materiał szybko tworzy dysk z dyskiem gwintowanym przez silne pola magnetyczne. A gdy silne pola magnetyczne znajdą się w szybko obracających się dyskach, zaczynają się składać i wzmacniać, stając się jeszcze silniejsze. W wyniku procesu nie do końca poznanego (ponieważ fizyka, podobnie jak w scenariuszu, robi się trochę bałagan), te pola magnetyczne same się w pobliżu centrum dysku i kierują materiał na zewnątrz i z dala od układu: strumień.
Dysze, po jednym na każdym biegunie, wystrzeliwują na zewnątrz, przenosząc promieniowanie i cząstki daleko od kosmicznego wypadku samochodowego. W niedawnym artykule naukowcy badali powstawanie i żywotność odrzutowca, szczególnie uważnie przyglądając się, jak długo trwa formowanie odrzutowca po początkowym zderzeniu. Okazuje się, że szczegóły mechanizmu wyrzutni zależą od wewnętrznej zawartości oryginalnych gwiazd neutronowych: jeśli zmienisz strukturę gwiazd neutronowych, otrzymasz różne historie kolizji i różne sygnatury we właściwościach dżetów.
Przy bardziej makabrycznych obserwacjach kilonowych możemy jeszcze rozróżnić niektóre z tych modeli i dowiedzieć się, co sprawia, że gwiazdy neutronowe naprawdę tyka.
Czytaj więcej: „Odpływ kokonu odrzutowego z połączeń gwiazd neutronowych: struktura, krzywe światła i podstawowa fizyka”
