Поставяне на нови граници за вътрешността на неутронните звезди

Как можем да разберем среди, които не могат да бъдат възпроизведени на Земята? Това е предизвикателство, пред което астрофизиците са изправени през цялото време. В някои случаи до голяма степен е въпрос на това как да се приложи добре разбраната физика към екстремни условия и след това да се сравняват резултатите от тези уравнения с наблюдения. Но забележителното изключение от това е неутронната звезда, където съответните уравнения стават доста трудни, а наблюденията не предоставят много подробности.

Следователно, макар да сме сигурни, че има слой от почти чисти неутрони близо до повърхността на тези обекти, не сме напълно сигурни какво може да присъства в най-вътрешната им дълбочина.

Тази седмица Nature публикува проучване, което се опитва да ни доближи до разбирането. Не ни дава отговор – все още има много несигурност. Но това е чудесна възможност да разгледаме процеса на това как учените могат да вземат данни от широк спектър от източници и да започнат да намаляват тези несигурности.

Ами неутроните?

Материята, която изгражда неутронните звезди, започва като йонизирани атоми близо до ядрото на масивна звезда. След като реакциите на синтез на звезда спрат да произвеждат достатъчно енергия, за да противодействат на гравитационното привличане, този материал се свива и изпитва нарастващ натиск. Силата на смачкване е достатъчна, за да премахне границите между атомните ядра, създавайки гигантска супа от протони и неутрони. В крайна сметка дори електроните в региона са принудени да образуват много протони, превръщайки ги в неутрони.

Това накрая осигурява сила за компресиране на силата на смазване на гравитацията. Квантовата механика не позволява на неутроните да заемат същото енергийно състояние, в непосредствена близост, и това предотвратява приближаването на неутроните и по този начин предотвратява колапса в черна дупка. Но е възможно да има междинно състояние между маса от неутрони и черна дупка, където границите между неутроните започват да се срутват, което води до странни клъстери от съставните им кварки.

Тези видове взаимодействия са обект на силната сила, която свързва кварките заедно в протони и неутрони и след това свързва тези протони и неутрони в атомни ядра. За съжаление, изчисленията, включващи екстремна сила, са много скъпи в изчислително отношение. В резултат на това не е възможно да ги накараме да работят с вида енергии и плътности, намиращи се в неутронната звезда.

Но това не означава, че сме заседнали. Имаме груби оценки на силната сила, която може да бъде изчислена при съответните енергии. И въпреки че те ни оставят с големи съмнения, е възможно да се използват различни емпирични доказателства, за да се намали тези несигурности.

Как гледате на неутронна звезда

Неутронните звезди са невероятно компактни за своята маса, стискайки маса, по-голяма от масата на Слънцето, вътре в обект, широк само около 20 км. Най-близкото, за което знаем, е на стотици светлинни години, а по-голямата част от него е много по-далеч. Така че изглежда, че е невъзможно да се направи много с начина, по който са изобразени тези неща, нали?

Не напълно. Много неутронни звезди са в системи с друго тяло – в някои случаи неутронна звезда. Начинът, по който тези два обекта влияят един на друг върху орбитите си, може да ни разкаже много за масата на една неутронна звезда. НАСА също има специална обсерватория за неутронни звезди, прикрепена към Международната космическа станция. NICER (Nutron Star Interior Composition Explorer) използва набор от рентгенови телескопи, за да получи подробни изображения на неутронни звезди, докато се въртят. Това й позволи да прави неща като проследяване на файл Поведение на една гореща точка на повърхността на звездата.

И най-важното за тази работа, NICER . can Откриване на пространствено-времеви изкривявания около големи неутронни звезди и използвайте това, за да генерирате достатъчно точна оценка на техния размер. Ако се комбинира със солидна оценка на масата на неутронната звезда, е възможно да се изчисли плътността и да се сравни с вида плътност, който бихте очаквали от нещо, което е чисти неутрони.

Но ние не се ограничаваме само до фотони, когато става въпрос за оценка на образуването на неутронни звезди. През последните години , сливане на неутронни звезди Открити чрез гравитационни вълни, точните детайли на този сигнал зависят от свойствата на звездите, извършващи сливането. Следователно, тези сливания могат също да помогнат за изключване на някои потенциални модели на неутронни звезди.