Naukowcy uzyskali najlepszy jak dotąd pomiar wielkości i zawartości gwiazdy neutronowej, bardzo gęstego obiektu zawierającego najdziwniejszą i najrzadszą materię we Wszechświecie.
Pomiary te mogą prowadzić do lepszego zrozumienia elementów budulcowych natury - protonów, neutronów i ich kwarków składowych - gdy są one kompresowane wewnątrz gwiazdy neutronowej do gęstości trylionów razy większej niż na Ziemi.
Dr Tod Strohmayer z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, MD, i jego kolega, Adam Villarreal, doktorant z University of Arizona, prezentują te wyniki dzisiaj podczas internetowej konferencji prasowej w Nowym Orleanie na spotkaniu High Energy Astrophysics Division of American Astronomical Society.
Powiedzieli, że ich najlepszy szacunek promienia gwiazdy neutronowej wynosi 11 mil (11,5 kilometra) plus plus minus spacer po dzielnicy francuskiej. Masa wydaje się być 1,75 razy większa niż Słońce, bardziej masywna niż przewidują niektóre teorie. Dokonali pomiarów za pomocą NASA Rossi X-ray Timing Explorer i zarchiwizowali dane rentgenowskie
Długo poszukiwana zależność masa-promień określa wewnętrzną zależność gęstości i ciśnienia gwiazdy neutronowej, tak zwane równanie stanu. A to z kolei determinuje, jaki rodzaj materii może istnieć wewnątrz gwiazdy neutronowej. Treści stanowią kluczowy test dla teorii opisujących podstawową naturę materii i energii oraz siłę interakcji jądrowych.
„Chcielibyśmy naprawdę dostać się w centrum gwiazdy neutronowej” - powiedział Strohmayer. „Ale ponieważ nie możemy tego zrobić, chodzi o następną najlepszą rzecz. Gwiazda neutronowa jest kosmicznym laboratorium i daje jedyną okazję, aby zobaczyć efekty materii skompresowane do tego stopnia. ”
Gwiazda neutronowa jest pozostałością rdzenia gwiazdy niegdyś większej od Słońca. Wnętrze zawiera materię pod wpływem sił, które być może istniały w czasie Wielkiego Wybuchu, ale których nie można powielić na Ziemi. Gwiazda neutronowa w dzisiejszym ogłoszeniu jest częścią układu podwójnego o nazwie EXO 0748-676, znajdującego się w gwiazdozbiorze Volans lub Flying Fish, oddalonym o około 30 000 lat świetlnych, widocznym na południowym niebie z dużym teleskopem na podwórku.
W tym układzie gaz z „normalnej” gwiazdy towarzyszącej spada na gwiazdę neutronową, przyciągany przez grawitację. To powoduje wybuchy termojądrowe na powierzchni gwiazdy neutronowej, które oświetlają region. Takie wybuchy często ujawniają szybkość wirowania gwiazdy neutronowej poprzez migotanie emitowanego światła rentgenowskiego, zwane oscylacją rozbłysku. (Koncepcje tego procesu dla artysty znajdują się w punktach 1–6. Film i szczegółowy podpis można znaleźć w niebieskiej kolumnie po prawej stronie).
Naukowcy wykryli częstotliwość oscylacji wybuchowej 45 herców, która odpowiada prędkości wirowania gwiazdy neutronowej 45 razy na sekundę. Jest to spokojne tempo dla gwiazd neutronowych, które często obracają się ponad 300 razy na sekundę.
Następnie naukowcy wykorzystali obserwacje EXO 0748-676 z satelitą XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej z 2002 r., Kierowanym przez dr Jeana Cottama z NASA Goddard. Zespół Cottama wykrył linie spektralne emitowane przez gorący gaz, podobne wyglądem do linii kardiogramu. Te linie miały dwie cechy. Po pierwsze, zostały przesunięte w wyniku Dopplera. Oznacza to, że wykryta energia była średnią światła wirującego wokół gwiazdy neutronowej, oddalającego się od nas, a następnie w naszym kierunku. Po drugie, linie zostały przesunięte grawitacyjnie na czerwono. Oznacza to, że grawitacja przyciągnęła światło, próbując uciec z regionu, kradnąc trochę jego energii.
Strohmayer i Villarreal ustalili, że częstotliwość 45 herców i obserwowane szerokości linii wynikające z przesunięcia Dopplera są zgodne z promieniem gwiazdy neutronowej między 9,5 a 15 kilometrów, przy najlepszym oszacowaniu na 11,5 kilometra. Zależność między częstotliwością wybuchu, przesunięciem Dopplera i promieniem polega na tym, że prędkość gazu wirującego wokół powierzchni gwiazdy zależy od promienia gwiazdy i jej prędkości wirowania. Zasadniczo szybszy obrót odpowiada szerszej linii widmowej (technika podobna do tego, jak żołnierz stanu może wykryć pędzące samochody).
Pomiar przesunięcia grawitacyjnego zespołu Cottam zaoferował pierwszą miarę stosunku masy do promienia, choć bez wiedzy o masie i promieniu. Jest tak, ponieważ stopień przesunięcia ku czerwieni (siła grawitacji) zależy od masy i promienia gwiazdy neutronowej. Niektórzy naukowcy zakwestionowali ten pomiar, ponieważ wykryte linie widmowe wydawały się zbyt wąskie. Nowe wyniki wzmacniają grawitacyjną interpretację przesunięcia ku czerwieni linii widmowych zespołu Cottam (a tym samym stosunek masy do promienia), ponieważ wolniej wirująca gwiazda może z łatwością wytworzyć takie stosunkowo wąskie linie.
Tak więc, coraz bardziej pewni stosunku masy do promienia i znając teraz promień, naukowcy mogli obliczyć masę gwiazdy neutronowej. Wartość wynosiła od 1,5 do 2,3 mas Słońca, przy najlepszym szacunku na 1,75 masy Słońca.
Wynik potwierdza teorię, że materia w gwieździe neutronowej w EXO 0748-676 jest tak ciasno upakowana, że prawie wszystkie protony i elektrony są ściśnięte w neutrony, które wirują jak nadciekły płyn, który płynie bez tarcia. Jednak materia nie jest tak ciasno upakowana, że uwalniane są kwarki, tak zwana gwiazda kwarkowa.
„Nasze wyniki zaczynają naprawdę ściskać równanie stanu gwiazdy neutronowej”, powiedział Villareal. „Wygląda na to, że równania stanu, które przewidują, że bardzo duże lub bardzo małe gwiazdy są prawie wykluczone. Być może bardziej ekscytujące jest to, że mamy teraz technikę obserwacyjną, która powinna umożliwić nam zmierzenie relacji promień masy w innych gwiazdach neutronowych. ”
Proponowana misja NASA o nazwie Obserwatorium Rentgenowskie Konstelacji miałaby możliwość wykonywania takich pomiarów, ale ze znacznie większą precyzją, dla wielu układów gwiazd neutronowych.
Oryginalne źródło: NASA News Release
