عجیب و غریب قلب نوترون ستاره

هنگامی که یک ستاره عظیم می میرد در یک ابرنواختر انفجار است تنها آغاز پایان است. بسیاری از ستارگان ماده پرتاب دور و گسترده اما ستاره آهن-پر قلب باقی می ماند ، این هسته بسته به مقدار جرم به عنوان دو خورشید و سرعت انقباض به یک حوزه است که می span طول منهتن. خرد کردن فشار داخلی—به اندازه کافی به فشار کوه اورست به اندازه یک حبه قند—فیوز زیر اتمی پروتون ها و الکترون ها به نوترون.

ستاره شناسان می دانم که خیلی در مورد چگونه نوترون ستاره ها متولد می شوند. هنوز دقیقا چه اتفاقی می افتد پس از آن در داخل این فوق العاده متراکم هسته باقی می ماند یک رمز و راز است. برخی از محققان معتقدند که نوترون ممکن است تسلط بر تمام راه را به پایین به مرکز. دیگران این فرضیه را مطرح کرد که باور نکردنی فشار فشردگی مواد به بیشتر های عجیب و غریب ذرات و یا می گوید که له کردن و تغییر شکل در راه های غیر معمول.

در حال حاضر پس از چند دهه از حدس و گمان محققان در حال نزدیک شدن به حل این معما در بخشی به لطف یک ابزار در ایستگاه فضایی بین المللی به نام ستاره نوترونی داخلی ترکیب اکسپلورر (بهتر است).

در ماه دسامبر گذشته این فضایی ناسا رصدخانه ارائه شده ستاره شناسان با برخی از دقیق ترین اندازه گیری های تا کنون ساخته شده از یک ستاره نوترونی جرم و شعاع و همچنین یافته غیر منتظره در مورد آن میدان مغناطیسی. بهتر تیم قصد دارد به انتشار نتایج جستجو در مورد بیشتر ستاره ها در چند ماه آینده. اطلاعات دیگر در آینده از گرانشی-موج رصدخانه که می توانید به تماشای ستاره نوترونی خودتون به عنوان آنها سقوط با هم. با این ترکیب مشاهدات محققان در حال آماده به صفر در چه پر قسمتهای داخلی از یک ستاره نوترونی.

برای بسیاری در این زمینه نتایج علامت گذاری به عنوان یک نقطه عطف در این مطالعه از برخی از جهان را بیشتر سردرگم اشیاء. “این آغاز یک عصر طلایی از نوترونی-ستاره فیزیک می گوید:” یورگن Schaffner-Bielich یک فیزیکدان نظری در دانشگاه گوته در فرانکفورت آلمان است.

راه اندازی در سال 2017 روی یک SpaceX Falcon 9 rocket ایالات متحده$62 میلیون بهتر تلسکوپ نشسته در خارج ایستگاه فضایی و جمع آوری اشعه X که از تپ اخترها—چرخش ستاره نوترونی که تابش ذرات و انرژی در ستون است که رفت و برگشت در اطراف مانند تیرها از یک فانوس دریایی. اشعه ایکس از سرچشمه میلیون درجه نقاط بر روی یک هاستینگ سطح که در آن یک میدان مغناطیسی قوی ریپ ذرات کردن خارجی و انتقاد شدید آنها را به عقب را در مخالفت با قطب مغناطیسی.

بهتر تشخیص این اشعه X با استفاده از 56 با روکش طلا تلسکوپ و زمان تمبر از ورود آنها به داخل 100 nanoseconds. با این قابلیت محققان دقیقا می توانید پیگیری نقاط به عنوان یک ستاره نوترونی شلاق در اطراف تا 1000 بار در ثانیه. نقاط قابل مشاهده هستند به عنوان آنها نوسان در سراسر شی. اما نوترون ستاره پیچ و تاب فضا-زمان به شدت که بهتر نیز تشخیص نور از نقاط دور از زمین است. انیشتین نظریه نسبیت عام را فراهم می کند یک راه برای محاسبه یک ستاره را جرم به نسبت شعاع طریق میزان نور خم. که و دیگر مشاهدات اجازه می دهد اخترفیزیکدانان به پین کردن توده ها و شعاع از مرحوم ستاره. کسانی که دو ویژگی می تواند کمک به تعیین آنچه که اتفاق می افتد در هسته.

عمیق, تاریک, رمز و راز

نوترون ستاره ها پیچیده تر عمیق تر یک می رود. در زیر یک جو نازک ساخته شده عمدتا از هیدروژن و هلیوم در ستارگان باقی مانده در حال فکر به رخ کشیدن یک پوسته بیرونی فقط یک سانتی متر و یا دو ضخیم است که شامل هسته های اتمی و رومینگ رایگان الکترون. محققان فکر می کنم که یونیزه تبدیل به عناصر با هم بسته بندی شده در لایه بعدی ایجاد یک شبکه در درون پوسته است. حتی بیشتر پایین فشار آنقدر شدید است که تقریبا تمام پروتون ترکیب با الکترونها به نوبه خود به نوترون اما آنچه رخ می دهد فراتر از آن است که در تیره در بهترین حالت.

اعتبار: طبیعت

“این یک چیز است بدانید که این مواد می گوید:” Jocelyn خواندن یک اخترفیزیکدان در دانشگاه ایالتی کالیفرنیا در فولرتون. “این یکی دیگر از به درک دستور و چه کسانی که مواد تشکیل دهنده در حال رفتن به تعامل با یکدیگر است.”

فیزیکدانان باید برخی از ایده از آنچه اتفاق می افتد با تشکر از شتاب دهنده ذرات روی زمین است. در امکاناتی از قبیل آزمایشگاه ملی بروکهیون در میشیگان و نیویورک و سرن بزرگ هادرون در نزدیکی ژنو سوئیس محققان شکست هم یون های سنگین مانند کسانی که از سرب و طلا را به ایجاد مختصر مجموعه ای از monumentally مواد متراکم. اما این جنبشی آزمایش تولید میلیارد و یا حتی تریلیون درجه چشمک می زند که در آن پروتون و نوترون حل به یک سوپ کوارک تشکیل دهنده خود و gluons. زمینی ابزار باید یک زمان سخت کاوش نسبتا خفیف میلیون ها نفر-از-درجه شرایط در داخل نوترون ستاره.

چندین ایده در مورد آنچه ممکن است رخ دهد. این می تواند باشد که کوارکها و gluons آزادانه پرسه زدن. یا شدید انرژی می تواند منجر به ایجاد ذرات به نام hyperons. مانند نوترون این ذرات شامل سه کوارک. اما در حالی که نوترون حاوی اساسی ترین و کمترین انرژی کوارک شناخته شده به عنوان بالا و پایین کوارک یک hyperon حداقل یکی از کسانی که با جایگزین های عجیب و غریب “عجیب و غریب” کوارک. احتمال دیگر این است که در مرکز یک ستاره نوترونی است بوز–اينشتين دولت از ماده است که در آن تمام ذرات زیر اتمی به عنوان یک مکانیک کوانتومی نهاد. و نظریه پردازان خواب اند تا حتی بیشتر عجیب و غریب چشم انداز بیش از حد.

مهمتر از هر امکان خواهد فشار در یک مشخصه راه در برابر نوترون ستاره عظیم گرانش است. آنها تولید می های مختلف فشارهای داخلی و در نتیجه بزرگتر و یا کوچکتر از شعاع داده شده و جرم است. یک نوترون با بوز–اينشتين مرکز به عنوان مثال به احتمال زیاد به شعاع کوچکتر از یک ساخته شده از عادی مواد مانند نوترون. یکی با یک هسته ساخته شده از انعطاف hyperon ماده می تواند کوچکتر شعاع هنوز.

“انواع ذرات و نیروهای بین آنها را تحت تاثیر قرار چگونه نرم یا squashy این ماده می گوید:” آنا وات بهتر است اعضای تیم در دانشگاه آمستردام.

افتراق بین این مدل نیاز به اندازه گیری های دقیق از اندازه و جرم ستاره نوترونی اما محققان هنوز قادر به فشار تکنیک های خود را به جریمه-میزان کافی به می گویند که به احتمال زیاد است. آنها به طور معمول برآورد توده ها با رعایت نوترونی ستاره های در دودویی جفت. به عنوان اشیاء مدار یکی دیگر از آنها تقلا گرانشی در هر یک از دیگر و ستاره شناسان می توانند با استفاده از این برای خود تعیین توده ها. حدود 35 ستاره ها را به حال خود توده های اندازه گیری در این راه اگر چه آمار و ارقام می تواند شامل میله خطا تا به یک خورشیدی جرم است. صرفا یک دوجین یا بیشتر هم خود را در شعاع محاسبه می شود اما در بسیاری از موارد این تکنیک نمی تواند تعیین این مقدار را به بهتر از چند کیلومتر به اندازه یک پنجم از اندازه از یک ستاره نوترونی.

بهتر است کانون, روش استفاده شده توسط سازمان فضایی اروپا XMM-نیوتن X-ray observatory, که در سال 1999 راه اندازی شد و هنوز هم در عمل. بهتر است چهار بار حساس تر است و صدها بار بهتر از زمان قطعنامه از XMM-نیوتن. بیش از دو تا سه سال آینده این تیم انتظار دارد که قادر به استفاده بهتر به کار کردن توده ها و شعاع نیم دوجین اهداف سنجاق کردن خود شعاع به عرض یک و نیم کیلومتر. با دقت این گروه خواهد بود به خوبی قرار داده شده برای شروع توطئه از آنچه شناخته شده به عنوان نوترونی-ستاره معادله حالت که مربوط به جرم شعاع یا equivalently داخلی فشار به تراکم.

اگر دانشمندان در خصوص شانس و طبیعت اتفاق می افتد به خدمت به ویژه داده های بهتر ممکن است کمک به از بین بردن نسخه های خاصی از این معادله است. اما اکثر فیزیکدانان فکر می کنم که خود را در آن رصدخانه احتمالا محدود کردن و نه به طور کامل رد کردن مدل از آنچه اتفاق می افتد در اشیاء مرموز’ هسته.

“این هنوز هم می تواند پیشرفت در جایی که ما در حال حاضر می گوید:” وات.

خطوط میدان

بهتر است اول هدف J0030+0451 یک جدا شده pulsar است که چرخش حدود 200 بار در ثانیه است و 337 parsecs (1,100 سال نوری) از زمین در صورت فلکی برج حوت.

دو گروه یکی بر اساس در درجه اول در دانشگاه آمستردام و دیگر led توسط محققان در دانشگاه مریلند در کالج پارک—به طور جداگانه الک کرده ی ریزی از طریق 850 ساعت از مشاهدات خدمت به عنوان چک در یکی دیگر.

از آنجا که کانون نور منحنی آنقدر پیچیده این گروه نیاز به ابر رایانه ها برای مدل های مختلف تنظیمات و کار کردن آنهایی که بهترین جا داده. اما هر دو آمد تا با نتایج مشابه پیدا کردن که J0030 یک جمعی است که 1.3 یا 1.4 برابر خورشید و شعاع حدود 13 کیلومتر.

نقاط چرخش در دو سناریو برای هاستینگ J0030+0451 بر اساس تجزیه و تحلیل بهتر داده ها. Credit: NASA Goddard Space Flight Center

کسانی که نتایج قطعی نیست: آنها می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای حمایت از هر دو دنیوی و یا اخروی پیش بینی برای چه در داخل جرات نوترون ستاره. “وجود دارد بدون نیاز به هر چیزی بد بو و یا دیوانه و یا عجیب و غریب و در عین حال می گوید:” اندرو اشتاینر هسته ای اخترفیزیکدان در دانشگاه تنسی ناکسویل.

محققان یک شگفتی بزرگتر با يافته ها در مورد شکل و موقعیت نقاط. متعارف از نظر ستاره نوترونی دارای میدان مغناطیسی خطوط به دنبال مانند کسانی که در اطراف یک نوار آهنربا با شمال و جنوب در حال ظهور از طرف لکه های دایره ای در مخالفت با به پایان می رسد از ستاره. در مقابل, هلندی ابر رایانه ها شبیه سازی های ضمنی که هر دو از J0030 این نقاط هستند در نیمکره جنوبی که یکی از آنها بلند و هلالی شکل. مریلند تیم نیز با احتمال سه کانون راه حل: دو southerly بیضی شکل آنهایی که و نهایی دایره نزدیکی چرخشی قطب جنوب.

“به نظر می رسد مانند آنها ممکن است را ساخته اند برای اولین بار واقعی تشخیص یک تپ اختر که در آن پرتوهای نیست 180 درجه از هم جدا می گوید:” ناتالی Webb یک اخترفیزیکدان در موسسه پژوهش در فیزیک نجومی و Planetology در تولوز فرانسه است که در مدل از جمله امکانات. “این فوق العاده است اگر درست است.”

نتایج تقویت خواهد قبلی مشاهدات و نظریه ها نشان می دهد که نوترون ستاره میدان مغناطیسی که از یک تریلیون بار قوی تر از خورشید می تواند پیچیده تر از به طور کلی به عهده گرفت. پس از آنها برای اولین بار شکل تپ اخترها تصور می کند خود را چرخش بیش از میلیون ها سال. اما اگر آنها را به یک همراه و همدم ستاره در حال چرخش در اطراف آنها ممکن است سرقت مواد و تکانه زاویه ای از این شریک زندگی خود را تقویت چرخش سریع به سرعت. به عنوان ماده واریز می شود در star بیرونی برخی از نظریه پردازان آن را نشان می دهد می تواند بر یک مایع مانند لایه های زیرسطحی نوترون تولید عظیم گرداب که پیچ و تاب و ستاره نوترونی میدان مغناطیسی به فرد ترتیبات. همراه ممکن است در نهایت مصرف شود و یا از دست دادن آنقدر انبوه است که از آن می شود گرانشی بی بند و بار و مگس دور که می تواند مورد بوده است با این حال-انفرادی J0030.

کار در حال پیشرفت

بهتر است در ادامه به رعایت J0030 به بهبود دقت اندازه گیری شعاع آن. در همان زمان این تیم آغاز شده است به تجزیه و تحلیل داده ها از دوم هدف کمی سنگین تر هاستینگ با یک سفید-کوتوله همراه است. دیگر ستاره شناسان با استفاده از مشاهدات این جفت مداری رقص برای تعیین pulsar جرم که به معنی بهتر محققان مستقل اندازه گیری است که آنها می توانید استفاده کنید برای تایید یافته های خود را.

در میان بهتر است اهداف این تیم قصد دارد که شامل حداقل یک زن و شوهر از بالا جرم تپ اخترها از جمله زمان دارنده رکورد برای عظیم ترین ستاره نوترونی—یک کرگدن با یک توده 2.14 بار است که از خورشید است. که باید اجازه می دهد تا محققان به پروب حد بالایی: نقطه ای که در آن یک نوترون ستاره فرو می ریزد و به یک سیاه چاله است. حتی 2.14-خورشیدی-جرم جسم است برای به چالش کشیدن نظریه پردازان را توضیح دهد. چند محققان همچنین پیشنهاد کرد که بهتر ممکن است قادر به پیدا کردن دو ستاره نوترونی با جرم مشابه اما متفاوت شعاع. که نشان می دهد حضور یک انتقال نقطه که در آن تفاوت های جزئی ایجاد مجزا دو هسته. یکی ممکن است حاوی بیشتر نوترون برای مثال و از سوی دیگر ممکن است متشکل از بیشتر مواد عجیب و غریب.

بهتر آن میدارد تا اشعه X با استفاده از 56 با روکش طلا تلسکوپ نصب شده در خارج از ایستگاه فضایی بین المللی. اعتباری: ناسا

اگر چه بهتر است که پیشتاز آن است که نه تنها ابزار لوله کشی تپ اخترها’ اعماق. در سال 2017, ایالات متحده لیزر تداخل گرانشی-موج رصدخانه (LIGO) همراه با برج سنبله آشکارساز در ایتالیا برداشت سیگنال از دو نوترون ستاره توفنده و ادغام با هم. به عنوان اشیاء چرخش در اطراف یکی دیگر قبل از سقوط آنها ساطع شده از امواج گرانشی است که شامل اطلاعات در مورد ستاره ها’ اندازه و ساختار. هر ستاره عظیم گرانشی نفوذ در شبکه و تغییر شکل آن شریک contorting هر دو از حوزه به اشک اشکال است. مقدار اعوجاج در آن لحظات پایانی به فیزیکدانان سرنخ در مورد انعطاف پذیری از مواد داخل نوترون ستاره.

LIGO امکانات در لیوینگستون, لوئیزیانا, برداشت دوم نوترونی-ستاره سر و صدا تا ماه آوریل گذشته و حوادث بیشتر می تواند خال خال در هر زمان. تا کنون دو ادغام تنها در اشاره به خواص نوترونی-ستاره فضای داخلی نشان می دهد که آنها به خصوص دگردیس. اما نسل کنونی از امکانات نمی تواند رعایت حیاتی لحظات پایانی زمانی که تاب خواهد بود بزرگترین و نمایش شرایط داخلی به وضوح.

این Kamioka موج گرانشی آشکارساز در Tarui ژاپن می رود که آنلاین بعد از این سال و ابتکار در گرانشی-موج مشاهدات نزدیک Aundha Naganath, Marathwada در 2024. در ترکیب با LIGO و Virgo آنها را بهبود حساسیت به طور بالقوه حتی گرفتن جزئیات لحظات منتهی به سقوط.

به دنبال بیشتر به آینده برنامه ریزی شده چندین ابزار می تواند مشاهدات است که دوری کردن بهتر است و زمان گرانشی-موج رصدخانه. چینی–اروپایی ماهواره ای به نام پیشرفته X-ray زمان و Polarimetry ماموریت یا eXTP انتظار می رود برای راه اندازی در سال 2027 و مطالعه هر دو جدا شده و دوتایی ستاره نوترونی برای کمک به تعیین معادله خود را از دولت است. محققان همچنین پیشنهاد یک فضای مبتنی بر ماموریت است که می تواند پرواز در 2030s به نام Spectroscopic زمان حل و فصل رصدخانه برای پهنای باند انرژی اشعه ایکس یا بارق-X. آن را استفاده کنید بهتر است کانون تکنیک سنجاق کردن توده ها و شعاع حداقل 20 بیشتر نوترون ستاره با حتی بیشتر دقت است.

قلب ستاره نوترونی احتمالا همیشه حفظ برخی از اسرار است. اما فیزیکدانان در حال حاضر به نظر می رسد به خوبی قرار داده شده برای شروع به پوست کندن لایه. جزئیات است که یک عضو از LIGO تیم می گوید که او تا به همکاری در یک پروژه به تصور کنید چه علمی سوالات گرانشی-موج آشکارسازهای خواهد بود قادر به مقابله در 2030s و 2040s. در این روند او متوجه شد که چشم انداز برای نوترونی-ستاره تحقیقات—در خصوص سوال از معادله حالت—باید نگاه بسیار متفاوت با آن.

“آن بوده است این مدت طولانی از پازل است که شما همیشه خواهد بود وجود دارد,” او می گوید. “در حال حاضر ما در یک نقطه که در آن من می توانید ببینید جامعه علمی بدانند نوترونی-ستاره-ساختار پازل در این دهه است.

این مقاله تکثیر با کسب اجازه شد و برای اولین بار منتشر شده در تاریخ 4 مارس سال 2020 است.

tinyurlis.gdu.nuclck.ruulvis.netshrtco.de