Cât de mare este o stea cu neutroni? Aceste stele extreme, ultra-dense, prăbușite sunt destul de mici, în ceea ce privește obiectele stelare. Ani de zile, astronomii au legat stele de neutroni undeva între 19-27 km (12-17 km). Acest lucru este destul de precis, având în vedere distanțele și caracteristicile stelelor neutronilor. Astronomii au lucrat însă pentru a restrânge acest aspect Mai Mult măsurare precisă.
O echipă internațională de cercetători a făcut acum asta. Folosind date de la mai multe telescoape și observatorii diferite, membrii Institutului Max Planck pentru fizică gravitațională, Institutul Albert Einstein (AEI) au redus estimările de mărime pentru stelele neutronice cu un factor de doi.
„Aflăm că steaua neutronică tipică, care este de circa 1,4 ori mai grea decât Soarele nostru are o rază de aproximativ 11 kilometri”, a spus Badri Krishnan, care a condus echipa de cercetare la AEI Hanovra. „Rezultatele noastre limitează raza să fie situată undeva între 10,4 și 11,9 kilometri.”
Aceasta se traduce prin diametre între 20,8 - 23,8 km (13-14.8 mile).
Obiectul studiului acestei echipe este destul de celebru: fuziunea binară de stele cu neutroni GW170817, care a creat undele gravitaționale detectate în 2017 de LIGO (Laser-Interferometru Gravitational Wave Observatory) și consorțiul Virgo. Acest obiect a fost studiat de nenumărate ori de mai multe telescoape, inclusiv satelitul Fermi, Telescopul spațial Hubble și alte telescoape și observatoare din întreaga lume. Toate aceste observații au oferit echipei Max Planck o încărcătură de date cu care să lucreze.
"Fuziunile binare cu stele de neutroni sunt o mină de aur a informațiilor!" a declarat Collin Capano, cercetător la AEI Hannover și autor principal al unei lucrări publicate în Nature Astronomy. „Stelele neutronice conțin cea mai densă materie din universul observabil. ... Măsurând proprietățile acestor obiecte, aflăm despre fizica fundamentală care guvernează materia la nivel sub-atomic. "
Stelele neutronice se formează atunci când o stea masivă rămâne fără combustibil și se prăbușește. Regiunea foarte centrală a stelei - miezul - se prăbușește, zdrobind fiecare proton și electron într-un neutron. Dacă miezul stelei care se prăbușește se află între aproximativ 1 și 3 mase solare, acești neutroni nou-creați pot opri prăbușirea, lăsând în urmă o stea cu neutroni.
Stelele cu mase și mai mari vor continua să se prăbușească în găurile negre cu masa stelară.
Dar prăbușirea într-o stea cu neutroni creează cel mai dens obiect cunoscut - din nou, un obiect cu masa unui soare strivit până la dimensiunea unui oraș. Și probabil ați mai auzit această altă comparație înainte, dar merită repetată din cauza cât de dramatic este: Un cub de zahăr din material cu stele neutronice ar cântări aproximativ 1 trilion de kilograme (sau 1 miliard de tone) pe Pământ - cam cât Muntele. Everest.
Echipa de cercetare a folosit un model bazat pe înțelegerea fundamentală a modului în care interacționează particulele subatomice la densitățile mari găsite în interiorul stelelor neutronice.
Dar, întrucât dimensiunea altor stele poate varia foarte mult, nu poate varia și dimensiunea stelelor neutronice?
În primul rând, pentru a clarifica, raza citată în acest studiu este pentru o stea cu neutroni care are o masă de 1,4 ori mai mare decât cea a Soarelui nostru.
„Aceasta este o masă fiduciară care este folosită de obicei în literatura de specialitate, deoarece aproape toate stelele de neutroni care au fost observate într-un binar au o masă apropiată de această valoare”, a spus Capano pentru Space Magazine într-un e-mail. „Motivul pentru care putem folosi GW170817 pentru a estima raza de 1,4 stele neutronice cu masa solară este că ne așteptăm ca aproape toate stelele neutronice să fie făcute din aceleași lucruri.”
Pentru alte stele „obișnuite”, relația dintre masa și raza lor depinde de o serie de variabile, precum elementul pe care steaua îl contopește în miezul său, a explicat Capano.
„Stelele neutronice, pe de altă parte, sunt atât de compacte și de dense, încât nu există atomi cu adevărat separați în ele - întreaga stea este practic un nucleu atomic gigant, format aproape total de neutroni împachetate strâns împreună”, a spus el. „Din acest motiv, nu vă puteți gândi la stelele neutronilor ca fiind alcătuite din elemente posibil diferite. Într-adevăr, „element” nu are niciun sens la aceste densități, deoarece ceea ce definește un element este numărul de protoni pe care îi are în atomii săi. ”
Capano a spus că, deoarece toți neutronii sunt făcuți din aceleași lucruri (quark-uri, menținute împreună de gluoni), astronomii se așteaptă să existe o mapare universală între masă și rază care se aplică tuturor stelelor de neutroni.
„Deci, când cităm dimensiunea posibilă de 1,4 stele de masneutron solar, ceea ce facem este constrângerea posibilelor defecte fizice care descriu lumea sub-atomică”, a spus el.
Așa cum descrie echipa în lucrarea lor, rezultatele și procesele lor pot fi aplicate și la studiul altor obiecte astronomice, cum ar fi pulsarii, magnetații și chiar modul în care sunt emise undele gravitaționale pentru a oferi detalii despre ceea ce creează aceste unde.
„Aceste rezultate sunt captivante, nu doar pentru că am reușit să îmbunătățim în mare măsură măsurătorile radiilor cu stele de neutroni, ci pentru că ne oferă o fereastră spre soarta finală a stelelor de neutroni în comasarea binarelor”, a declarat Stephanie Brown, coautorul publicației. și doctorand la AEI Hanovra.
Mai Mult:
Lucrare: constrângeri stricte pe razele stelelor neutronice din observații multimessenger și teoria nucleară
Comunicat de presă al Institutului Max Planck
