Wzory powierzchni dla różnych trybów skrętnych. Kliknij, aby powiększyć
Ogromna eksplozja na powierzchni gwiazdy neutronowej dała astronomom możliwość zajrzenia w jej powierzchnię, podobnie jak geolodzy rozumieją strukturę Ziemi pod naszymi stopami. Eksplozja wstrząsnęła gwiazdą neutronową i sprawiła, że zaczęła dzwonić jak dzwon. Wibracje przechodziły następnie przez warstwy o różnej gęstości - gąbczastej lub stałej - zmieniając odpływ promieni rentgenowskich. Astronomowie obliczyli, że ma grubszą skorupę o głębokości około 1,6 km (1 milę), co odpowiada teoretycznym szacunkom.
Amerykańsko-niemiecki zespół naukowców z Instytutu Maxa Plancka ds. Astrofizyki i NASA wykorzystał rentgenowski eksplorator czasowy Rossi NASA do oszacowania głębokości skorupy gwiazdy neutronowej, najgęstszego obiektu znanego we wszechświecie. Mówi się, że skorupa ma około 1,6 kilometra głębokości i jest tak ciasno upakowana, że łyżeczka tego materiału ważyłaby około 10 milionów ton na Ziemi.
Ten pomiar, pierwszy tego rodzaju, powstał dzięki masowej eksplozji gwiazdy neutronowej w grudniu 2004 r. Drgania spowodowane eksplozją ujawniły szczegóły dotyczące składu gwiazdy. Technika ta jest analogiczna do sejsmologii, badania fal sejsmicznych spowodowanych trzęsieniami ziemi i eksplozjami, które ujawniają strukturę skorupy ziemskiej i jej wnętrza.
Ta nowa technika sejsmologiczna umożliwia zbadanie wnętrza gwiazdy neutronowej, miejsca wielkiej tajemnicy i spekulacji. Ciśnienie i gęstość są tu tak intensywne, że rdzeń może zawierać egzotyczne cząsteczki, które istniały tylko w chwili Wielkiego Wybuchu.
Dr Anna Watts z Max Planck Institute for Astrophysics in Garching przeprowadziła te badania we współpracy z dr. Todem Strohmayerem z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland.
„Uważamy, że ta eksplozja, największa tego typu, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, naprawdę wstrząsnęła gwiazdą i dosłownie zaczęła dzwonić jak dzwon”, powiedział Strohmayer. „Wibracje powstałe podczas eksplozji, choć słabe, dostarczają bardzo szczegółowych wskazówek na temat tego, z czego wykonane są te dziwne obiekty. Podobnie jak dzwon, pierścień gwiazdy neutronowej zależy od tego, w jaki sposób fale przechodzą przez warstwy o różnej gęstości, zarówno mokre, jak i lite. ”
Gwiazda neutronowa jest pozostałością jądra gwiazdy, która jest kilka razy masywniejsza od Słońca. Gwiazda neutronowa zawiera około 1,4 mas Słońca w materiale wtłoczonym w kulę o średnicy około 20 kilometrów. Dwaj naukowcy zbadali gwiazdę neutronową o nazwie SGR 1806-20, która znajduje się około 40 000 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Strzelca. Obiekt należy do podklasy silnie magnetycznych gwiazd neutronowych zwanych magnetarami.
27 grudnia 2004 r. Na powierzchni SGR 1806-20 doznała bezprecedensowej eksplozji, najjaśniejszego wydarzenia, jakie kiedykolwiek widzieliśmy spoza naszego Układu Słonecznego. Eksplozja, zwana hiperbarą, została spowodowana nagłą zmianą silnego pola magnetycznego gwiazdy, która pękła skorupę, prawdopodobnie powodując ogromne trzęsienie gwiazdy. Zdarzenie zostało wykryte przez wiele obserwatoriów kosmicznych, w tym Rossi Explorer, który obserwował emitowane światło rentgenowskie.
Strohmayer i Watts uważają, że oscylacje są dowodem globalnych wibracji skrętnych w skorupie gwiazdy. Wibracje te są analogiczne do fal S obserwowanych podczas ziemskich trzęsień ziemi, jak fala poruszająca się po linie. Ich badanie, oparte na obserwacjach wibracji z tego źródła, przeprowadzonych przez dr GianLuca Israel z włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki, odkryło kilka nowych częstotliwości podczas hiperflare.
Watts i Strohmayer następnie potwierdzili swoje pomiary za pomocą Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager NASA, obserwatorium słonecznego, które również zarejestrowało hiperbarę, i znalazło pierwsze dowody na oscylację wysokich częstotliwości przy 625 Hz, co wskazuje na fale przechodzące pionowo przez skorupę.
Bogactwo częstotliwości - podobnych do cięciwy, w przeciwieństwie do pojedynczej nuty - pozwoliło naukowcom oszacować głębokość skorupy gwiazdy neutronowej. Jest to oparte na porównaniu częstotliwości fal otaczających skorupę gwiazdy i promieniujących przez nią. Średnica gwiazdy neutronowej jest niepewna, ale w oparciu o szacunkową szerokość około 20 kilometrów skorupa miałaby głębokość około 1,6 kilometra. Liczba ta, oparta na obserwowanych częstotliwościach, jest zgodna z teoretycznymi szacunkami.
Sejsmologia trzęsienia ziemi daje wielką nadzieję na określenie wielu właściwości gwiazd neutronowych. Strohmayer i Watts przeanalizowali zarchiwizowane dane Rossiego z hiperbarwy dimmera z 1998 r. (Z SGR 1900 + 14) i stwierdzili tutaj także oscylacje, chociaż nie są wystarczająco silne, aby określić grubość skorupy.
Większa eksplozja gwiazdy neutronowej wykryta w promieniach rentgenowskich może ujawnić głębsze sekrety, takie jak natura materii w jądrze gwiazdy. Jedną ekscytującą możliwością jest to, że rdzeń może zawierać bezpłatne kwarki. Kwarki są budulcem protonów i neutronów, aw normalnych warunkach są zawsze ściśle ze sobą powiązane. Znalezienie dowodów na obecność wolnych kwarków pomogłoby zrozumieć prawdziwą naturę materii i energii. Laboratoria na Ziemi, w tym ogromne akceleratory cząstek, nie mogą generować energii potrzebnej do odkrycia wolnych kwarków.
„Gwiazdy neutronowe są świetnymi laboratoriami do badań fizyki ekstremalnej” - powiedział Watts. „Chcielibyśmy być w stanie złamać jedną otwartą, ale ponieważ prawdopodobnie tak się nie stanie, obserwowanie efektów hiperbarury magnetycznej na gwiazdę neutronową jest być może najlepszą rzeczą”.
Oryginalne źródło: Towarzystwo Maxa Plancka
