Gwiazdy neutronowe mogą nie być tak gąbczaste jak sądzili niektórzy naukowcy

Jak wysuszona cytryna z lodówki, gwiazdy neutronowe są mniej podatne na wyciskanie niż się spodziewano, donoszą fizycy.

Nowe pomiary najmasywniejszej znanej gwiazdy neutronowej wykazały, że ma ona zaskakująco dużą średnicę, co sugeruje, że materia w jej wnętrzu nie jest tak gąbczasta, jak przewidywały niektóre teorie – donieśli fizycy z Neutron Star Interior Composition Explorer, czyli NICER, 17 kwietnia na wirtualnym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego.

Kiedy umierająca gwiazda eksploduje, może pozostawić po sobie pamiątkę: pozostałość wypełnioną neutronami. Te gwiazdy neutronowe są niezwykle gęste – to jak ściśnięcie Mount Everestu w łyżeczce do herbaty, powiedział astrofizyk NICER Zaven Arzoumanian z Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt w stanie Maryland. ,,Nie wiemy, co się dzieje z materią, gdy jest zgniatana do tak ekstremalnego punktu”

Im masywniejsza gwiazda neutronowa, tym bardziej ekstremalne warunki panują w jej jądrze. Związane ze sobą przy ogromnej gęstości cząstki mogą tworzyć niezwykłe stany materii. Na przykład cząstki znane jako kwarki – zwykle zawarte w protonach i neutronach – mogą swobodnie wędrować w centrum gwiazdy neutronowej.

Skład rdzenia decyduje o jego ściśliwości. Na przykład, jeśli kwarki są wolnymi agentami w najbardziej masywnych gwiazdach neutronowych, to ogromne ciśnienie będzie ściskać jądro gwiazdy neutronowej bardziej niż gdyby kwarki pozostały w neutronach. Z powodu tej ściśliwości, w przypadku gwiazd neutronowych, większa masa niekoniecznie przekłada się na większą średnicę. Jeśli materia gwiazd neutronowych jest gąbczasta, obiekty te mogą wbrew pozorom kurczyć się w miarę jak stają się coraz bardziej masywne.

Aby zrozumieć, jak wnętrza gwiazd neutronowych reagują na poddanie ich kosmicznej próbie, naukowcy użyli teleskopu rentgenowskiego NICER znajdującego się na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej do oszacowania średnic szybko wirujących gwiazd neutronowych zwanych pulsarami. W 2020 roku NICER zmierzył pulsara o masie około 1,4 razy większej od masy Słońca: Jego szerokość wynosiła około 26 kilometrów.

Naukowcy zmierzyli już obwód największej potwierdzonej gwiazdy neutronowej, o masie około 2,1 raza większej od masy Słońca. Według dwóch niezależnych zespołów współpracujących w ramach projektu NICER promień gwiazdy neutronowej jest mniej więcej taki sam, jak promień jej lżejszego rodaka. Łącząc dane NICER z pomiarami z satelity Europejskiej Agencji Kosmicznej XMM-Newton, jeden zespół znalazł średnicę około 25 kilometrów, podczas gdy drugi oszacował 27 kilometrów, fizycy poinformowali na konferencji prasowej i w dwóch rozmowach na spotkaniu.

Wiele teorii przewiduje, że masywniejsza gwiazda neutronowa powinna mieć mniejszy promień. „To nie mówi nam, że w pewnym sensie materia wewnątrz gwiazd neutronowych nie jest tak podatna na ściskanie, jak przewidywało wielu ludzi” – powiedział astrofizyk Cole Miller z University of Maryland w College Park, który przedstawił drugi wynik.

„To trochę zagadkowe” – powiedział astrofizyk Sanjay Reddy z University of Washington w Seattle, który nie brał udziału w badaniach. Odkrycie sugeruje, że wewnątrz gwiazdy neutronowej kwarki nie są zamknięte w neutronach, ale nadal silnie ze sobą oddziałują, zamiast swobodnie wędrować bez obciążeń, powiedział Reddy.

Pomiary ujawniają kolejną zagadkę gwiazdy neutronowej. Pulsary emitują wiązki promieni rentgenowskich z dwóch gorących punktów związanych z biegunami magnetycznymi pulsara. Zgodnie z ilustracją podręcznikową, wiązki te powinny być emitowane z przeciwnych stron. Ale dla obu gwiazd neutronowych zmierzonych przez NICER, gorące punkty znajdowały się na tej samej półkuli.

„Sugeruje to, że mamy dość złożone pole magnetyczne” – powiedziała astrofizyk NICER Anna Watts z Uniwersytetu w Amsterdamie, która przedstawiła wyniki pierwszego zespołu. „Twój piękny rysunek pulsara . . . jest dla tych dwóch gwiazd całkowicie błędny. I to jest genialne”.

Wiązki promieniowania emitowane są z biegunów magnetycznych wirujących gwiazd neutronowych zwanych pulsarami. Naukowcy zazwyczaj wyobrażają sobie pulsary z dwiema wiązkami po przeciwnych stronach, jak latarnia morska. Ale promienie nowo zmierzonego pulsara (pokazanego) pochodzą z tej samej półkuli. NASA’S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

Źródło: Emily Conover

C. Miller. NICER constraints on the neutron star equation of state. American Physical Society April Meeting. April 17, 2021.

T. Riley. NICER constraints on the neutron star equation of state. American Physical Society April Meeting. April 17, 2021.

Zdjęcie: NASA’S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x