Полювання на мертві зорі

Нейтронні зорі мають крихітний розмір, але майже незбагненну щільність. Насправді це зоряні трупи, але в них все ще достатньо життя, щоб продемонструвати деякі з найбільш захопливих явищ, які ви можете знайти в космосі.

Про їх дослідження розповідають у Норвезькому університеті природничих та технічних наук (NTNU).

« Нейтронні зорі приваблюють не лише астрономів. Це унікальні лабораторії для екстремальної фізики», – каже Мануель Лінарес, професор фізичного факультету NTNU.

Протягом наступних п’яти років Лінарес очолюватиме дослідницьку групу, якій доручено займатися вивченням та пошуком нейтронних зір. Євросоюз підтримує дослідження грантом "ERC Consolidator" у розмірі 2 мільйони євро.

«Наша мета — знайти наймасивніші нейтронні зорі та більше зрозуміти про бінарні системи, в яких ми за ними полюємо», — каже Лінарес.

LOVE-NEST

Пошукова операція отримала назву LOVE-NEST. Абревіатура означає "Пошук надмасивних нейтронних зір" (слова самої абревіатури "love nest" перекладаються як любовне гніздо). До операції залучені четверо постдокторантів та четверо кандидатів наук, що є непоганою командою.

Але що таке нейтронні зорі? Щоб пояснити це, нам потрібно подивитися, що відбувається, коли зорі вмирають.

Зорі живуть після смерті

Зорі в основному вмирають, коли витрачають своє паливо. Потім деякі з них вибухають. І після цього існує кілька можливостей.

Те, чим вони стануть згодом, залежить від того, наскільки великими вони були при народженні — іншими словами, яку масу вони мали, коли сформувалися.

• Зорі малої маси стають білими карликами. Деякі з них можуть продовжувати світити з низькою інтенсивністю протягом мільярдів років. Можливо, колись такою буде доля нашого Сонця.
• Деякі з найбільш масивних зірок перетворюються на знамениті чорні діри - область в космосі, де гравітація настільки сильна, що навіть світло не може вирватися.
• Натомість не дуже масивні зорі перетворюються на нейтронні. Це відбувається, коли маса при народженні еквівалентна приблизно 10-25 масі нашого Сонця. І ці нейтронні зорі дуже особливі.

Маленькі, але надзвичайно щільні

Нейтронні зорі невеликі, але надзвичайно щільні. Один кубічний метр відпрацьованої нейтронної зірки може важити цілий один квінтильйон кілограмів. Можливо, вам буде важко це уявити, але це число 1, за яким слідують 18 нулів, або 1 000 000 000 000 000 000.

З тієї ж причини гравітаційне поле крихітної нейтронної зірки може бути в 100 мільярдів разів сильніше, ніж те, що ми відчуваємо на поверхні Землі. Це число 1 з 11 нулями, якщо вам цікаво.

«Нейтронні зорі мають більшу масу, ніж наше Сонце, але зазвичай мають лише близько 20 кілометрів у діаметрі», – говорить Лінарес.

Наш Місяць, навпаки, має діаметр близько 3500 кілометрів, а Земля трохи більш як 12700 кілометрів.

Нейтронні зорі було б практично неможливо знайти, якби ми шукали їх лише очима. Але ми цього не робимо. Тому ми знаємо про існування досить небагатьох з них.

Лише деякі нейтронні зорі видно

«Ми знаємо понад 3000 нейтронних зір у нашій галактиці, але набагато більше їх приховано від нас», — каже Лінарес.

Одна з причин, чому ми знаємо про деякі з них, а про інші ні, полягає в тому, що деякі нейтронні зорі перетворюються на пульсари.

Ці пульсари обертаються кілька разів на секунду, створюючи електромагнітне випромінювання. Ми можемо виміряти це випромінювання, яке дозволяє нам дізнатися, де знаходиться зірка, навіть якщо ми не можемо побачити її саму.

Переважна більшість відомих нам нейтронних зір — пульсари. Магнетари — це ще один тип нейтронних зір, де ми можемо спостерігати вплив їх надсильних магнітних полів, але в цій статті ми зупинимося на пульсарах, які швидко обертаються.

Вимірювання маси мертвих зірок

Ніби виявити крихітні нейтронні зорі на величезному просторі Всесвіту було недостатньо складно, LOVE-NEST також прагне визначити їх маси.

«Виміряти масу можна, коли нейтронна зоря з’єдналася з іншою зіркою», – каже Лінарес.

Зважити нейтронну зорю окремо важко, але вплив нейтронної зірку на іншу зорю виміряти легше.

«Ми розробили нову та більш точну методику для вимірювання маси особливо цікавого типу пульсарів», — каже Лінарес.

Новий метод використовує різницю температур для обчислення швидкості та маси.

Надзвичайне тепло впливає на зірку-компаньйона

Ви можете подумати, що наше Сонце гаряче, яким воно і є, але воно має близько 6000 градусів Кельвіна (це система температур, яку використовують фізики) на поверхні та трохи більш як 14 мільйонів градусів К. всередині.

Нейтронні зорі можуть підтримувати температуру до 100 мільйонів градусів К. Ці зорі явно не роблять нічого наполовину.

«Коли звичайна зірка та пульсар обертаються навколо спільного центру мас, пульсар впливає на температуру цієї зірки-компаньйона», — каже професор.

Можна зчитувати швидкість і масу

Сторона зірки-компаньйона, найближча до пульсара, звичайно, набагато гарячіша, ніж інша сторона.

Професор Лінарес спостерігав це нещодавно в рамках своєї роботи у Політехнічному університеті Каталонії (UPC) в Іспанії, використовуючи знамениті астрономічні обсерваторії на Канарських островах.

«Цей пульсар спричинив зміну температури поверхні зірки-компаньйона на 2400 градусів К», — каже професор.

Зміна температури також змінює хімічний спектр, який виділяє зірка-компаньйон. Цей спектр може бути виміряний фізиками, навіть коли дві зірки знаходяться на відстані 10 000 світлових років.

«Це спектральне вимірювання, своєю чергою, дозволяє нам дізнатися, з якою швидкістю зоря-компаньйон обертається навколо пульсара в будь-який момент часу. Коли ми знаємо швидкість, ми також можемо обчислити масу», - говорить Лінарес.

Маса конкретного пульсара становила 2,3 раза більшу за масу нашого Сонця. Саме такі нейтронні зорі шукатиме LOVE-NEST.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.