Millainen on neutronitähden sisäpuoli?
Neutronitähti jää jäljelle, kun massiivinen tähti menee supernovan alle. Se on tiiviisti pakattu, erittäin tiheä runko, joka on valmistettu - arvasit sen - neutroneista. Itse asiassa se ei ole täysin totta.
Matemaattiset mallit osoittavat, että neutronitähdet koostuvat kerroksista, ja niissä on muutakin kuin neutroneja. Mutta kun katsot syvemmälle neutronitähteä, näet enemmän ja enemmän tiiviisti pakattuja neutroneja ja vähemmän mitään muuta. Kun pääset ytimeen, se on enimmäkseen neutroneja.
Emme ole varmoja tarkalleen, miltä neutronitähden sisäpuoli näyttää, mutta matemaattiset mallit viittaavat siihen, että ne ovat tällaisia. Kuvan luotto: Robert Schulze – Oma työ, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11363893
Mutta se 'katsominen syvemmälle neutronitähteeseen' on ongelmallinen osa. Kukaan ei ole koskaan nähnyt sen sisältä.
Tähtitieteilijät ovat juuttuneet tarkkailemaan neutronitähtien ulkopuolta kaukaa yrittääkseen ymmärtää niitä. Fysiikka ja matemaattiset mallit auttavat, mutta mikään ei korvaa todellista havainnointia. Onneksi joskus neutronitähdet kärsivät 'häiriöistä', ja nuo häiriöt tarjoavat mahdollisuuden oppia jotain näistä erittäin tiheistä kappaleista.
Neutronitähdet pyörivät. Ne voivat myös lähettää sähkömagneettista säteilyä navoistaan, ja kun tämä säteily kohdistetaan Maahan ajoittain tähden pyörimisen aikana, voimme nähdä säteet. Näitä neutronitähtiä kutsutaan pulsareiksi.
Tässä neutronipulsarin animaatiossa vaaleanpunainen on gammasäteilyä. Vihreät ovat radioaaltojen kapeita säteitä, jotka voidaan havaita vain, kun ne on suunnattu Maahan. Video: NASA
Suurimmaksi osaksi tuo pyöriminen on hyvin säännöllistä ja erittäin nopeaa. Mutta joskus ne pyörivät nopeammin, ja se tapahtuu, kun osa tähden sisäpuolelta liikkuu ulkoa kohti. Tämä häiriö voi antaa tähtitieteilijöille lyhyen tähtitieteellisen hetken saada jonkinlaisen käsityksen näistä hämmentävistä kohteista.
Vuonna 2016 Mt. Pleasant -teleskooppia käyttävät tähtitieteilijät havaitsivat Pulsar kynttilä häiriötä. Vela Pulsar on noin 1000 valovuoden päässä Velan tähdistössä. Se on kirkkain pulsari taivaalla radiotaajuuksilla, ja se on myös tunnetuin kaikista välkkyvistä pulsareista. Pulsareista vain noin 5 % häiritsee ja Vela noin kolmen vuoden välein.
Tässä Chandra-kuvassa Vela Pulsar näkyy kirkkaana valkoisena täplänä kuvan keskellä, jota ympäröi kuuma kaasu keltaisena ja oranssina. Materiaalisuihku heiluu kuumasta kaasusta oikeassa yläkulmassa. Kuvan ansiot: NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al. – http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/heapow/archive/compact_objects/vela_pulsar_jet.html, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=135898
Tämä neutronitähti, joka, kuten kaikki neutronitähdet, on halkaisijaltaan vain useita kilometrejä, pyörii normaalisti noin 11 kertaa sekunnissa. Mutta vuoden 2016 häiriön aikana tähden kierto nopeutui. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun sen havaittiin häiritsevän live-tilassa.
Lehdessä julkaistussa artikkelissa Luonnon tähtitiede , tutkijaryhmä analysoi uudelleen vuoden 2016 häiriön tiedot. Lehti on nimeltään ' Vela-pulsarin pyörivä kehitys vuoden 2016 häiriön aikana .” Ensimmäinen kirjoittaja on tohtori Greg Ashton Monashin fysiikan ja tähtitieteen koulusta.
Niiden uudelleenanalyysin tärkein havainto on, että häiriö on enemmän kuin pelkkä pyörimisnopeuden lisäys. Tähti pyöri nopeasti ylös, ennen kuin rentoutui häiriönopeuteen. Kirjoittajien mukaan Velan käyttäytyminen häiriön aikana antoi heille välähdyksen neutronitähden sisustukseen.
He sanovat, että neutronitähdillä on kolme erillistä kerrosta. Jonkin sisällä Lehdistötiedote , toinen kirjoittaja Paul Lasky, myös Monash School of Physics and Astronomysta, sanoi: 'Yksi näistä komponenteista, supernesteisten neutronien keitto kuoren sisäkerroksessa, liikkuu ensin ulospäin ja osuu jäykkään ulkokuoreen. tähti, joka saa sen pyörimään. Mutta sitten toinen ytimessä liikkuva supernestekeitto saavuttaa ensimmäisen, jolloin tähden pyöriminen hidastuu.'
He kutsuvat tätä ilmiötä ylitykseksi. Kirjoittajien mukaan muut tutkijat ovat ennustaneet tämän tutkimuksissa, mutta sitä ei ole havaittu.
'Tämä ylitys on ennustettu pari kertaa kirjallisuudessa, mutta tämä on ensimmäinen todellinen kerta, kun se havaitaan havainnoissa', Lasky sanoi.
Tutkimuksen toinen kirjoittaja tohtori Vanessa Graber McGill-yliopistosta oli yksi tutkijoista, jotka ennustivat tämän ylityksen, ja hän puhui siitä vuoden 2018 artikkelissaan. Nopea kuoren kytkentä ja häiriöt nousevat supernesteisissä neutronitähdissä .'
Mutta Velan live-havainnon aikana vuonna 2016 pyörivä neutronitähti osoitti muuta outoa käyttäytymistä: ennen häiriötä se itse asiassa hidastui. Tämä on jotain, mitä ei ole koskaan ennen havaittu.
'Välittömästi ennen häiriötä huomasimme, että tähti näyttää hidastavan pyörimisnopeuttaan ennen kuin se pyörii takaisin ylös', tohtori Ashton sanoi. 'Meillä ei itse asiassa ole aavistustakaan, miksi tämä on, ja se on ensimmäinen kerta, kun se nähdään.'
Taiteilijan kuva pyörivästä neutronitähdestä, supernovan räjähdyksen jäänteistä. Kiitokset: NASA, Caltech-JPL
'Se voi johtua häiriön syystä, mutta emme ole rehellisesti varmoja', Ashton sanoi.
Tämä tutkimus on uusi pala palapeliä neutronitähtien suhteen. He kutsuvat nousua edeltävää hidastamista 'anti-glitchiksi'. Häiriön estoa seuraa 'ylitys', jonka toinen kirjoittaja Graber ja muut ennustivat. Sitten on rentoutumista todelliseen häiriönopeuteen asti. Tätä kolmivaiheista sekvenssiä ei ole havaittu kokonaisuudessaan aiemmin. Kirjoittajien mielestä tämä kolmivaiheinen häiriömalli on tärkeä löytö.
Kirjoituksensa lopussa he sanovat: 'Vela-pulsar pyörähti ensin alas vuoden 2016 häiriön aikana. Muutamaa sekuntia myöhemmin se pyöri nopeasti ylös, ennen kuin lopulta pyörii alas eksponentiaalisella rentoutumisajalla ? 60 s. Tätä mallia suositaan huomattavasti yksinkertaiseen vaihehäiriöön verrattuna tai malliin, jossa on vain yksi kiertotapahtuma.'
Avainasemassa on havaita häiriönesto. Jos tähtitieteilijät pystyvät havaitsemaan muita pulsareita, jotka käyttäytyvät tällä tavalla, he voivat testata ennusteita niitä vastaan.
Taiteilijan kuva neutronitähdestä, pienestä jäännöksestä, joka jää jäljelle edeltäjänsä räjähdyksen jälkeen. Tässä 12 mailin (20 kilometrin) palloa verrataan Saksan Hannoverin kokoon. Kiitokset: NASAn Goddard Space Flight Center
Mutta toistaiseksi on havaittu vain yksi häiriöntorjuntatapaus. Ilman lisää havainnointitodisteita tiedemiehet rajoittuvat malleihin. Kuten kirjoittajat sanovat artikkelinsa päätelmissä: 'Tässä esitetyt analyysit arvioivat vain mallien suhteellista näyttöä.' Lisäksi 'Edes täällä testatut parhaiten sopivat mallit eivät selitä kaikkia datan ominaisuuksia.'
Kirjoittajat epäilevät, että heidän analyysinsä käynnistää uudelleen enemmän havainnointia ja tutkimusta neutronitähdistä ja niiden häiriöistä sekä inspiroi uusia teorioita.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Neutronitähden häiriö paljastaa sen piilotetut salaisuudet
- Tutkimus paperi: Vela-pulsarin pyörivä kehitys vuoden 2016 häiriön aikana
- Wikipedia: Neutroni tähti
- Universumi tänään: Barfing Neutron Stars paljastaa sisäiset sisunsa
- Universumi tänään: Neutronitähtien kuoren sisällä on ydinpastaa; maailmankaikkeuden vaikein tunnettu aine