неутронните звезди са зомбитата на космоса - те изглеждат живи въпреки че са технически мъртви и о

---

Неутронните звезди са зомбитата на космоса - те изглеждат живи, въпреки че са технически мъртви и от време на време се хранят от съседна звезда, ако тя се осмели да се приближи твърде близо до тях.

Те се раждат, когато една масивна звезда изразходи своето гориво и буквално се срути под собствената си гравитация. При този моментен натиск, ядрото буквално се троши, всъщност ако трябва да бъдем точни протича една от най-колосалните ядрени реакции в природата при която звездата се превръща в едно гигантско ядро съставено изключително от неутрони - от там и името "неутронна звезда". Както при всички ядрени процеси, така и тука всичко е свързано с отделяне на огромни количества енергии. Ако наблюдаваме странично, ще видим че при тази имплозия всъщност се отделят огромни количества енергия и материя. Астрономите наричат това взрив на свръхнова звезда, която по блясък може да засенчи един милиард слънца.
Увеличаване Артистична концепция на NICER. Credit: NASA

По този начин ядрото компресирано от гравитацията достига немислима плътност - една чаена лъжичка от него ще тежи около един милиард тона на Земята. След този глобален ядрен синтез новата звезда блести от жегата, която е акумулирала по време на нейната имплозивна-експлозивна формация. Колкото и да е невероятно, тези звезди имат нещо като атмосфера от заредени частици, които са ускорени един път от интензивните лъчения от самата звезда и още един път от интензивното въртене. Това генерира въртящо се магнитно поле, което е над трилион пъти по-силно от това на Земята. То от своя страна отново ускорява частиците до почти светлинни скорости, които се сблъскват с повърхността на двата магнитни полюса. Ако наблюдаваме отстрани ще видим че от неутронната звезда изхождат двойка противополвни струи от рентгенови лъчи ородени от тези релативни сблъсъци.

Оригиналната звезда може де е имала диаметър повече от един милион мили но неутронната звезда е само с размерите на един град. Гравитацията е способна в това нищожно пространство да опакова изумителното количество материя около 1,4 пъти от съдържанието на Слънцето, или най-малко масата на 460 000 Земи. Ако попитаме един астроном какво е неутронна звезда, от космическа гледна точка, той веднага ще даде горния отговор. Ако попитаме един квантов физик същия въпрос, той най-вероятно ще отговори, че неутронната зведа е квантов обект, дължащ съществуването си на "принципа на Паули". Макар че двамата учени са представители на две несъвместими теории, и двата отговора са верни. Оказва се, че неутронните звезди са най-крайните и екстремни обекти в природата, които можем да изучим. След тях започва несигурността или сингулярността според съвременната физика. Ако прибавим още малко материя, в звездата протичат неизвестни ядрени процеси, тя се превръща в неизвестно какво, самия обем се срутва в безкрая, времето се затваря и остава само "гравитационен призрак", който астрономите наричат с драматичното име "Черна дупка".

"Неутронната звезда е на прага на съществуването, защото ако на нея попадне още малко материя се превръща в черна дупка", казва д-р Завен Арзоманиан от космическия център "Годар".

Този праг всъщност е тест за двете най-велики теории описващи природата - теорията на относителността и квантовата механика. Неутронните звезди се подчиняват еднакво добре и на двете теории. Но парадокса е, че двете теории са несъвместими, а всички експериментални и наблюдателни данни показват, че и двете са верни. Е как тогава един такъв екстремен обект като неутронната звезда ще се подчинява едновременно на две несъвместими теории? За да се изучи тази мистерия, д-р Арзоманиан е определен като водещ учен на предложена нова мисия, наречена Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER). "Нямаме начини за създаването на вътрешностите на неутронна звезда в лаборатория на Земята, така че какво се случва с материята под такъв невероятен натиск е мистерия. Има много теории за това как тя се държи и стигаме най-близо когато симулираме тези условия в ускорителите на частици, които разбиват атомите с почти скоростта на светлината. Обаче, тези сблъсъци не са точно заместител - те показват само последната секунда на разрушението и генерират температури, които са много по-високи от тези които са характерни за вътршностите на неутронните звезди."

Ако НАСА я одобри за строителство, мисията ще бъде стартирана през лятото на 2016 год. Нейния хардуер ще бъде прикрепен към Международната космическа станция. Засега се планира, новата мисия да се състои от масив съставен от 56 телескопа, които ще събират рентгеновите лъчи генерирани от горещите точки на повърхността на неутронна звезда. Горещите точки са точно две - това са двата магнитни полюса или местата където интензивното магнитно поле на звездата излиза от повърхността. Тука частиците хванати в капана на магнитното поле генерират рентгенови лъчи, когато удрят повърхността. Рентгеновите лъчи са енергична форма на светлината, невидими за човешкото око, но се открива чрез специални инструменти. Тъй като "горещите точки" се въртят в нашата линия ние ги виждаме като пулс от светлина или нещо като фар откъдето идва и алтернативното име на тези звезди - пулсари.

Много от известните пулсари проблясват няколко пъти в секунда, поради бързото въртене което те наследяват докато се раждат. Всички звезди се въртят и докато звездата-майка се свива, тя се върти все по-бързо докато накрая при окончателната формация неутронната звезда може да достигне 30 оборота за секунда. Мощната гравитация на една неутронна звезда също може да засмуче газ от съседна звезда, ако тя обикаля твърде близо. Този засмукан газ, дори може да завърти неутронната звезда до по-високи скорости - по този начин някои се въртят стотици пъти в секунда.

Ключът към разбирането, какво се случва вътре в неутронна звезда е едно специално математическо уравнение - уравнение на състоянието (EOS), което описва най-точно как материя отговаря на нарастващия натиск. В момента има много изследвания за EOS и всяко започва с компресиране на различна маса до образуване на неутронни звезди. Да предположим, че започнем да произвеждаме неутронна звезда от две различни сфери от материя - едната направена от пяна, а другата от дърво. Тези топки имаме силата да ги стиснем толкова, че да се превърнат в неутронни звезди. Сега можем да предположим че едната звезда - тази получена от пяната ще има много - малък размер от другата. По същия начин е конструирано и EOS, което казва, че материята ще се свие различно в зависимост от стартовата маса.

Така че, ако учените знаят масата на неутронната звезда, всичко което трябва да направят е, да разберат колко е голяма или определят диаметъра и, а оттам да изведат правилното EOS и съответно да отключат цялата тайна - какво е произвела тази екстремна гравитация. "Проблемът е, че неутронните звезди са малки и са прекалено далеч, за да се измерят техните размери директно", казва д-р Кийт Gendreau също от Годард. "Все пак, ще бъде хубаво да конструираме мисия, която да има достатъчно чувствителност и резолюция за да разбере размера на неутронна звезда косвено. Ключът е да се измери точно колко се променя яркостта на рентгеновите лъчи, когато неутронната звезда се върти."

Тази промяна в яркостта с течение на времето се нарича "светлинен завой" на звездата, и тя се появява като вълнообразна линия на графика.

Тъй като неутронните звезди са пакет от толкова много маса в такъв малък обем, те генерират силна гравитация която всъщност е огъване на пространството (и изкривяване на времето) в съответствие с общата теория на относителността на Айнщайн. Това изкривяване на пространството позволява на изследователите да определят масата неутронна звезда, ако тя има наблизо другар - друга неутронна звезда или бяло джудже, което е неин братовчед - остатък от свиването на по-малко масивна звезда. Неутронните звезди с тези спътници в действителност са доста често срещани.

Изкривяване на пространство води до настъпването на една орбитална промяна, наречена прецесия. Когато неутронната звезда и спътника се движат около помежду си, те създават вълни в пространството, наречени гравитационни вълни. Тези вълни отнасят орбитална енергия, така че неутронната звезда и нейния компаньон постепенно се приближават и тяхната орбита се свива. Точното измерване на тези ефекти с течение на времето позволява да се измери точната маса на неутронната звезда.

Изкривеното пространство също ще позволи на екипа да разбере размера на неутронната звезда. Да предположим, че имаме неутронна звезда, която е разположена така, че да можем да видим само едната гореща точка - тази от близката страна. Тъй като тя се върти когато горещата точка е насочена директно към нас яркостта се увеличава, а след това на намалява тъй като тя се измества. Когато звездата има голяма повърхност промяната в яркостта ще се характеризира с голяма амплитуда, а ако повърхността е малка амплитудата ще е по-слаба.

Въпреки това светлината трябва да следва контурите на пространство което е изкривено. Това пространство кара светлината да завива толкова много около неутронната звезда, че можем дори да видим части от далечната страна, включително другата гореща точка. В графиката на първата гореща точка, трябва на се насложи и графиката на втората, но тя не трябва да се променя толкова много като първата.

Ако една жена с токчета ходи по батут, тя ще деформират повърхността повече, отколкото ако носи снегоходки. По същия начин, по-компактната неутронна звезда ще огъва повече пространството. Това ще позволява да се вижда горещата точка на далечната звезда по-често. Екипът има модели, които произвеждат уникални светлинни криви за различните размери, предсказани от различни EOS. С избора на светлина крива, която най-добре съответства на наблюдаваните, те ще получат правилното EOS и ще решат загадката на материята на ръба на забравата.

Източник: НАСА

---

• 1827
• 0
• Apr 1, 2012

---

Коментар