Τηλεσκόπια, επιταχυντές και LIGO συνεργάζονται για να διερευνήσουν αστέρια νετρονίων

Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα πλαίσιο για την καλύτερη κατανόηση της υπερ-πυκνής ύλης μέσα στα αστέρια νετρονίων συνδυάζοντας παρατηρήσεις από ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων και συμβατικά τηλεσκόπια με πειραματικά αποτελέσματα από επιταχυντές σωματιδίων.

Τα αποτελέσματα, από μια ομάδα με επικεφαλής Σαμπρίνα Χουτ του Technische Universität Darmstadt στη Γερμανία και Tsun Ho (Peter) Pang του Πανεπιστημίου της Ουτρέχτης στην Ολλανδία, δείχνουν ότι πολλά αστέρια νετρονίων βιώνουν μεγαλύτερη πίεση εκφυλισμού στο εσωτερικό τους από ό,τι είχε προβλεφθεί. Κατά συνέπεια, ορισμένα αστέρια νετρονίων έχουν μεγαλύτερη από την αναμενόμενη ακτίνα - ένα αποτέλεσμα που είχε προηγουμένως υπαινιχθεί σε παρατηρήσεις από το Αποστολή εξερεύνησης εσωτερικής σύνθεσης αστέρα νετρονίων (NICER) πείραμα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.

Τα αστέρια νετρονίων είναι από τα πιο ακραία αντικείμενα στο σύμπαν. Είναι οι θρυμματισμένοι πυρήνες των αστεριών που έχουν εκραγεί ως σουπερνόβα, και παρά το ότι έχουν διάμετρο μόνο περίπου 20 χιλιόμετρα, συσσωρεύονται σε μάζα έως και 2.3 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου. Στο εσωτερικό τους, η πίεση είναι τόσο μεγάλη που αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα πρωτόνια συνθλίβονται μαζί, σχηματίζοντας ένα σώμα που αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από ουδέτερα φορτισμένα νετρόνια.

Ο όρος «πίεση εκφυλισμού» αναφέρεται στην αδυναμία οποιωνδήποτε δύο σωματιδίων –στην περίπτωση αυτή, των νετρονίων– να κατοικούν στο ίδιο επίπεδο ενέργειας όταν συνθλίβονται μαζί. Αυτή η ανικανότητα παράγει μια αντισταθμιστική πίεση προς τα έξω που λειτουργεί για να αποτρέψει την περαιτέρω συντριβή των αστέρων νετρονίων. «Ως εκ τούτου, για υψηλές πιέσεις, τα νετρόνια θέλουν να είναι πιο μακριά μεταξύ τους, με αποτέλεσμα ένα μεγαλύτερο αστέρι νετρονίων», εξηγεί ο Pang.

Εξίσωση κράτους

Η γνώση της ακτίνας των άστρων νετρονίων θα βοηθήσει τους αστροφυσικούς να περιορίσουν τη λεγόμενη εξίσωση κατάστασης των άστρων, η οποία περιγράφει τις ιδιότητες της ύλης μέσα σε ένα αστέρι νετρονίων και επομένως υπαγορεύει την ακτίνα του. Δεδομένου ότι κανείς δεν ξέρει ακριβώς ποια είναι η εξίσωση της κατάστασης, η ομάδα του Huth και του Pang διεξήγαγε 15 πιθανές εκδοχές της κατά τη μοντελοποίησή της, εισάγοντας δεδομένα από πολλά περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων γνωστά ως πάλσαρ, καθώς και παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων δύο συγχωνεύσεων μεταξύ δύο νετρονίων. αστέρια. Αυτά περιελάμβαναν τη συγχώνευση γνωστή ως GW000, η οποία έγινε πρωτοσέλιδο το 170817 όταν εντοπίστηκε από τον ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων LIGO και από τηλεσκόπια που παρατηρούσαν σε μήκη κύματος σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Ως εκ τούτου, προανήγγειλε την αυγή της πολυαγγελιοφόρου αστρονομίας.

Η πιο πρόσφατη μελέτη προχώρησε ακόμη περισσότερο στην προσέγγιση των πολλαπλών μηνυμάτων, ενσωματώνοντας πληροφορίες από συγκρούσεις μεταξύ ιόντων χρυσού που επιταχύνθηκαν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Αυτές οι συγκρούσεις λαμβάνουν χώρα σε υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλές πυκνότητες – σε αντίθεση με το διάστημα, όπου οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές αλλά η πυκνότητα αντικειμένων όπως τα αστέρια νετρονίων είναι υψηλή. Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα των συγκρούσεων σε πολλούς επιταχυντές σωματιδίων (συμπεριλαμβανομένου του GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research στο Ντάρμσταντ καθώς και Εθνικό Εργαστήριο του Lawrence Berkeley και Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στις ΗΠΑ) με αστροφυσικές παρατηρήσεις, είναι δυνατό να αρχίσουμε να γεφυρώνουμε το χάσμα στην κατανόησή μας για την ύλη σε ακραία περιβάλλοντα.

«Επειδή τα δεδομένα από συγκρούσεις βαρέων ιόντων που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυσή μας μας δίνουν πληροφορίες για την περιοχή πυκνότητας όπου η πυρηνική θεωρία και οι αστροφυσικές παρατηρήσεις είναι λιγότερο ευαίσθητες, μας παρέχει έναν νέο περιορισμό [στην εξίσωση της κατάστασης]», λέει ο Pang.

Συνέπειες μεταλάμψης

Τα αποτελέσματα προσθέτουν επίσης στην κατανόηση των επιστημόνων για το τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας συγχώνευσης άστρων νετρονίων. Σε τέτοια συμβάντα, δύο αστέρια νετρονίων που περιφέρονται σε κοντινή απόσταση κινούνται σταδιακά σπειροειδή το ένα προς το άλλο. Καθώς αρχίζουν να συγχωνεύονται, η βαρύτητα παραμορφώνει το σχήμα τους. Αυτή η παραμόρφωση εμφανίζεται στα βαρυτικά κύματα που εκπέμπουν κατά τη συγχώνευση και εξαρτάται από τη μάζα και την ακτίνα των άστρων νετρονίων. Ένας αστέρας νετρονίων με μεγαλύτερη ακτίνα θα είναι λιγότερο συμπαγής και θα έχει ασθενέστερη βαρύτητα, η οποία μπορεί να επηρεάσει τον όγκο των συντριμμιών που εκτοξεύονται από τη συγχώνευση. Είναι αυτά τα λαμπερά συντρίμμια που είναι ανιχνεύσιμα στο φως ως «κιλόνοβα», επομένως η ποσότητα των συντριμμιών και οι ιδιότητές τους καθορίζουν πόσο ορατή θα είναι μια κιλόνοβα.

Νικολάς Γιουνές, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στο Urbana-Champaign, ΗΠΑ, ο οποίος δεν συμμετείχε στην τελευταία έρευνα αλλά χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως Οι παρατηρήσεις πολλών αγγελιοφόρων για τη διάκριση των ιδιοτήτων της ύλης των άστρων νετρονίων, πιστεύει ότι θα πρέπει να αναμένουμε περισσότερα τέτοια αποτελέσματα στο μέλλον. «Η αστρονομία πολλαπλών αποστολέων είναι πραγματικά μεταμορφωτική και έχει ήδη αντίκτυπο στην κατανόησή μας για την κατάσταση της ύλης σε ακραίες πυκνότητες και πιέσεις», λέει.

Με μια αναβαθμισμένη έκδοση του LIGO (Προηγμένο LIGO) αναμένεται να συλλάβει βαρυτικά κύματα από πολλές περισσότερες συγχωνεύσεις δυαδικών άστρων νετρονίων, σε μεγαλύτερα επίπεδα ευαισθησίας, και το NICER που συνεχίζει να παρέχει ανεξάρτητες μετρήσεις των ακτίνων των πάλσαρ, οι αστροφυσικοί θα είναι σύντομα σε θέση να θέσουν ακόμη ισχυρότερα όρια στην εξίσωση κατάστασης για αστέρια νετρονίων. «Συνδυάζοντας πληροφορίες σε υψηλές θερμοκρασίες αλλά σε χαμηλές πυκνότητες με πληροφορίες σε χαμηλές θερμοκρασίες αλλά σε υψηλές πυκνότητες, θα αρχίσουμε να μαθαίνουμε ακριβώς πώς συμπεριφέρεται η ύλη στο σύμπαν», καταλήγει ο Yunes.

Η έρευνα δημοσιεύεται στο Φύση.

Ο ορθοστάτης Τηλεσκόπια, επιταχυντές και LIGO συνεργάζονται για να διερευνήσουν αστέρια νετρονίων εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε Κόσμος Φυσικής.

• Coinsmart. Το καλύτερο ανταλλακτήριο Bitcoin και Crypto στην Ευρώπη.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΡΟΣΒΑΣΗ.
• CryptoHawk. Ραντάρ Altcoin. Δωρεάν δοκιμή.
• Πηγή: https://physicsworld.com/a/telescopes-accelerators-and-ligo-team-up-to-probe-neutron-stars/