Kako velika je nevtronska zvezda? Te ekstremne, ultra goste strnjene zvezde so dokaj majhne, kar zadeva zvezdne objekte. Čeprav imajo maso zvezde polne velikosti, se njihova velikost pogosto primerja s širino srednjega do velikega mesta. Astronomi že leta določajo nevtronske zvezde v premeru nekje med 19-27 km (12 do 17 milj). To je precej natančno glede na razdalje in značilnosti nevtronskih zvezd. Toda astronomi so si prizadevali, da bi to zožili na enakomernovečnatančno merjenje.
Mednarodna skupina raziskovalcev je zdaj naredila prav to. Z uporabo podatkov iz več različnih teleskopov in observatorijev so člani Inštituta Max Planck za gravitacijsko fiziko, inštituta Alberta Einsteina (AEI) zožili ocene velikosti nevtronskih zvezd za faktor dva.
'Ugotovili smo, da ima tipična nevtronska zvezda, ki je približno 1,4-krat težja od našega Sonca, polmer približno 11 kilometrov,' je dejal Badri Krishnan, ki je vodil raziskovalno skupino na AEI Hannover. 'Naši rezultati omejujejo polmer, da je verjetno nekje med 10,4 in 11,9 kilometra.'
To pomeni med 20,8 in 23,8 km (13-14,8 milj) v premeru.
Zatemnitveni sijaj GW170817 je prikazan v bližnjih posnetkih, ki jih je posnel NASA Hubble vesoljski teleskop, in prikazuje, da se svetlost zatemni v dneh in tednih. ZGODILO: NASA in ESA: A. Levan (U. Warwick), N. Tanvir (U. Leicester) ter A. Fruchter in O. Fox (STScI)
Predmet študije te ekipe je precej znan: t združitev binarnih nevtronskih zvezd GW170817, ki je ustvarila gravitacijske valove, ki sta jih leta 2017 zaznala LIGO (Laser-Interferometer Gravitational Wave Observatory) in konzorcij Virgo. Ta predmet so večkrat preučevali številni teleskopi, vključno s satelitom Fermi, vesoljskim teleskopom Hubble in drugimi teleskopi in observatoriji po vsem svetu. Vsa ta opažanja so ekipi Maxa Plancka zagotovila ogromno podatkov za delo.
'Združitve binarnih nevtronskih zvezd so zlati rudnik informacij!' je dejal Collin Capano, raziskovalec na AEI Hannover in glavni avtor a prispevek, objavljen v Nature Astronomy. »Nevtronske zvezde vsebujejo najgostejšo snov v opazovanem vesolju. ... Z merjenjem lastnosti teh predmetov se učimo o temeljni fiziki, ki ureja materijo na subatomski ravni.'
Nevtronske zvezde nastanejo, ko masivni zvezdi zmanjka goriva in se zruši. Osrednje območje zvezde – jedro – se zruši in zdrobi vsak proton in elektron v nevtron. Če je jedro kolapsirajoče zvezde med približno 1 in 3 sončne mase, lahko ti na novo ustvarjeni nevtroni ustavijo kolaps in za seboj pustijo nevtronsko zvezdo.
Zvezde s še večjo maso se bodo še naprej sesedle v črne luknje z zvezdno maso.
Umetnikova ilustracija dveh nevtronskih zvezd, ki se spajata. Ozki žarki predstavljajo izbruh gama žarkov, medtem ko valovita prostorsko-časovna mreža označuje izotropne gravitacijske valove, ki so značilni za združitev. Vrteči oblaki materiala, ki so izvrženi iz zvezd, ki se spajajo, so možen vir svetlobe, ki smo jo videli pri nižjih energijah. Zasluge: Nacionalna znanstvena fundacija/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
Toda kolaps v nevtronsko zvezdo ustvari najgostejši znani predmet – spet objekt z maso sonca, zdrobljen na velikost mesta. In verjetno ste že slišali to drugo primerjavo, vendar jo je vredno ponoviti, ker je dramatična: ena kocka sladkorja materiala nevtronske zvezde bi na Zemlji tehtala približno 1 bilijon kilogramov (ali 1 milijardo ton) – približno toliko kot Mount Everest.
Raziskovalna skupina je uporabila model, ki temelji na temeljnem razumevanju interakcije subatomskih delcev pri visoki gostoti v nevtronskih zvezdah.
Toda ker se velikost drugih zvezd lahko zelo razlikuje, ali se ne bi mogla spreminjati tudi velikost nevtronskih zvezd?
Prvič, da pojasnimo, polmer, naveden v tej študiji, je za nevtronsko zvezdo, ki ima maso 1,4-krat večjo od našega Sonca.
'To je fiducialna masa, ki se običajno uporablja v literaturi, ker imajo skoraj vse nevtronske zvezde, ki so bile opažene v dvojčku, maso blizu te vrednosti,' je Capano povedal za Universe Today v e-pošti. 'Razlog, da lahko uporabimo GW170817 za oceno polmera nevtronske zvezde 1,4 sončne mase, je ta, da pričakujemo, da bodo skoraj vse nevtronske zvezde narejene iz istega materiala.'
Za druge 'navadne' zvezde je razmerje med njihovo maso in polmerom odvisno od številnih spremenljivk, kot je element, ki ga zvezda zlije v svojem jedru, je pojasnil Capano.
'Nevtronske zvezde so po drugi strani tako kompaktne in goste, da v njih pravzaprav ni ločenih atomov - celotna zvezda je v bistvu velikansko eno atomsko jedro, ki je skoraj v celoti sestavljeno iz nevtronov, tesno zloženih skupaj,' je dejal. 'Zaradi tega ne morete misliti, da so nevtronske zvezde sestavljene iz morda različnih elementov. Dejansko 'element' pri teh gostotah pravzaprav nima nobenega pomena, saj je tisto, kar opredeljuje element, število protonov, ki jih ima v svojih sestavnih atomih.
Capano je dejal, da ker so vsi nevtroni sestavljeni iz istih stvari (kvarkov, ki jih skupaj držijo gluoni), astronomi pričakujejo, da bo obstajala univerzalna preslikava med maso in polmerom, ki velja za vse nevtronske zvezde.
'Torej, ko navajamo možno velikost nevtronske zvezde 1,4 sončne mase, dejansko počnemo omejevanje možnih fizikalnih zakonov, ki opisujejo subatomski svet,' je dejal.
Kot opisuje skupina v svojem prispevku, je mogoče njihove rezultate in procese uporabiti tudi za preučevanje drugih astronomskih objektov, kot so pulsarji, magnetarji, in celo način oddajanja gravitacijskih valov, da se zagotovijo podrobnosti o tem, kaj ustvarja te valove.
'Ti rezultati so vznemirljivi, ne samo zato, ker smo lahko močno izboljšali meritve polmerov nevtronskih zvezd, temveč zato, ker nam dajejo okno v končno usodo nevtronskih zvezd pri združevanju dvojnih sistemov,' je dejala Stephanie Brown, soavtorica publikacije. in doktorski študent na AEI Hannover.
Več:
Papir: Stroge omejitve na polmere nevtronskih zvezd iz opazovanj z več sporočili in jedrske teorije
Sporočilo za javnost inštituta Max Planck
