Barfende neutronstjerner afslører deres indre indvolde

Vi forstår ikke rigtig neutronstjerner. Åh, vi ved, at de er – de er resterne af nogle af de mest massive stjerner i universet – men det er lidt svært at afsløre deres indre funktioner, fordi fysikken, der holder dem i live, kun er dårligt forstået.

Men en gang i mellem smadrer to neutronstjerner sammen, og når de gør det, de har en tendens til at sprænge i luften, spyr deres kvantetarm ud over hele rummet. Afhængigt af neutronstjernernes indre struktur og sammensætning, "ejecta" (den høflige videnskabelige betegnelse for astronomisk projektilopkast) vil se anderledes ud for os jordbundne observatører, giver os en grov, men potentielt kraftfuld måde at forstå disse eksotiske væsner på.

Neutronstjerne Nougat

Som du måske har gættet det, neutronstjerner er lavet af neutroner. Godt, for det meste. De har også nogle protoner, der svømmer rundt inde i dem, hvilket er vigtigt til senere, så jeg håber du husker det.

Neutronstjerner er de resterende kerner af nogle virkelig store stjerner. Når disse kæmpestjerner nærmer sig slutningen af ​​deres liv, de begynder at smelte lettere elementer sammen til jern og nikkel. Gravitationsvægten af ​​resten af ​​stjernen fortsætter med at smadre disse atomer sammen, men disse fusionsreaktioner producerer ikke længere overskydende energi, hvilket betyder, at intet forhindrer stjernen i at fortsætte med at falde katastrofalt sammen i sig selv.

I kernen, trykket og tæthederne bliver så ekstreme, at tilfældige elektroner bliver skubbet ind i protoner, gør dem til neutroner. Når denne proces er afsluttet (som tager mindre end et dusin minutter), har denne gigantiske kugle af neutroner endelig midlerne til at modstå yderligere kollaps. Resten af ​​stjernen hopper af den nysmedede kerne og blæser i luften i en smuk supernovaeksplosion, efterlader kernen:neutronstjernen.

Spiraler Of Doom

Så som jeg sagde, neutronstjerner er gigantiske kugler af neutroner, med tonsvis af materiale (et par sol værd!) proppet ind i et volumen, der ikke er større end en by. Som du måske forestiller dig, interiøret af disse eksotiske væsner er mærkeligt, mystisk, og kompleks.

Klumper neutronerne sig i lag og danner små strukturer? Er de dybe indre en tyk suppe af neutroner, der bare bliver mærkeligere og mærkeligere, jo dybere du går? Viger det for endnu mærkeligere ting? Hvad med beskaffenheden af ​​skorpen - det yderste lag af pakkede elektroner?

Der er mange ubesvarede spørgsmål, når det kommer til neutronstjerner. Men heldigvis naturen gav os en måde at kigge ind i dem.

Mindre ulempe:vi skal vente på, at to neutronstjerner kolliderer, før vi får en chance for at se, hvad de er lavet af. Kan du huske GW170817? Det gør du faktisk - det var den store opdagelse af tyngdekraftsbølger, der stammer fra to kolliderende neutronstjerner, sammen med et væld af opfølgende observationer af hurtige teleskoper på tværs af det elektromagnetiske spektrum.

Alle disse samtidige observationer gav os det hidtil mest komplette billede af såkaldte kilonovaer, eller kraftige udbrud af energi og stråling fra disse ekstreme begivenheder. Den særlige episode af GW170817 var den eneste, der nogensinde er blevet fanget med gravitationsbølgedetektorer, men bestemt ikke den eneste, der sker i universet.

Et neutronhåb

Når neutronstjerner kolliderer, tingene bliver virkelig hurtigt rodede. Det, der gør tingene særligt rodet, er den lille population af protoner, der lurer rundt inde i den for det meste neutronneutronstjerne. På grund af deres positive ladning og den superhurtige rotation af selve stjernen, de er i stand til at skabe et utroligt stærkt magnetfelt (i nogle tilfælde de kraftigste magnetfelter i hele universet), og disse magnetfelter spiller nogle onde spil.

I kølvandet på en neutronstjernekollision, de lasede rester af de døde stjerner fortsætter med at hvirvle rundt om hinanden i hurtig kredsløb, med nogle af deres indvolde ekspanderende væk i en titanisk eksplosionsbølge, drevet af energien fra styrtet.

Det resterende hvirvlende materiale danner hurtigt en skive, med den disk, der er skruet af stærke magnetfelter. Og når stærke magnetfelter befinder sig inde i hurtigt roterende diske, de begynder at folde sig ind i sig selv og forstærke, bliver endnu stærkere. Gennem en proces, der ikke er helt forstået (fordi fysikken, ligesom scenariet, bliver lidt rodet) disse magnetiske felter vinder sig op nær midten af ​​disken og tragter materiale ud og væk fra systemet helt:en jet.

Jetflyene, en ved hver pol, sprænge udad, medbringer stråling og partikler langt fra den kosmiske bilulykke. I en nylig avis, undersøgte jetflyets dannelse og levetid, ser særligt nøje på, hvor lang tid det tager for en jet at danne sig efter den første kollision. Det viser sig, at detaljerne i jet-affyringsmekanismen afhænger af det indre indhold af de originale neutronstjerner:hvis du ændrer, hvordan neutronstjerner er opbygget, du får forskellige kollisionshistorier og forskellige signaturer i jetflyenes egenskaber.

Med mere gruopvækkende observationer af kilonovaer vil vi måske endnu være i stand til at skelne nogle af disse modeller, og lær, hvad der virkelig får neutronstjerner til at tikke.