Alat baharu membolehkan saintis melihat ke dalam bintang neutron

Penggabungan bintang neutron dan gelombang graviti yang dihasilkannya. Kredit: Pusat Penerbangan Angkasa Lepas NASA/Goddard

Bayangkan mengambil bintang dua kali ganda jisim matahari dan menghancurkannya ke saiz Manhattan. Hasilnya ialah bintang neutron—salah satu objek paling padat yang ditemui di mana-mana di alam semesta, melebihi ketumpatan mana-mana bahan yang ditemui secara semula jadi di Bumi dengan faktor berpuluh trilion. Bintang neutron adalah objek astrofizik yang luar biasa dalam hak mereka sendiri, tetapi ketumpatan melampau mereka mungkin juga membolehkan mereka berfungsi sebagai makmal untuk mengkaji soalan asas fizik nuklear, dalam keadaan yang tidak boleh dihasilkan semula di Bumi.

Kerana keadaan eksotik ini, saintis masih tidak memahami apa sebenarnya bintang neutron diri mereka dibuat daripada, apa yang dipanggil “persamaan keadaan” (EoS). Menentukan ini adalah matlamat utama penyelidikan astrofizik moden. Sekeping teka-teki baharu, yang mengekang pelbagai kemungkinan, telah ditemui oleh sepasang sarjana di IAS: Carolyn Raithel, John N. Bahcall Fellow di Sekolah Sains Semula Jadi; dan Elias Most, Ahli di Sekolah dan John A. Wheeler Fellow di Universiti Princeton. Karya mereka baru-baru ini diterbitkan dalam Surat Jurnal Astrofizik.

Sebaik-baiknya, saintis ingin mengintip ke dalam objek eksotik ini, tetapi ia terlalu kecil dan jauh untuk diimej dengan teleskop standard. Sebaliknya, saintis bergantung pada sifat tidak langsung yang mereka boleh ukur—seperti jisim dan jejari bintang neutron—untuk mengira EoS, dengan cara yang sama seperti seseorang mungkin menggunakan panjang dua sisi segitiga bersudut tegak untuk menentukan hipotenusnya. Walau bagaimanapun, jejari bintang neutron sangat sukar untuk diukur dengan tepat. Satu alternatif yang menjanjikan untuk pemerhatian masa depan adalah sebaliknya menggunakan kuantiti yang dipanggil “frekuensi spektrum puncak” (atau f2) di tempatnya.






Bintang neutron yang ditakdirkan berputar menuju kematian mereka dalam animasi ini. Gelombang graviti (lengkok pucat) menghilangkan tenaga orbit, menyebabkan bintang-bintang bergerak lebih rapat dan bergabung. Apabila bintang berlanggar, beberapa serpihan meletup dalam jet zarah yang bergerak pada kelajuan cahaya yang hampir, menghasilkan letusan singkat sinar gama (magenta). Sebagai tambahan kepada jet ultra-pantas yang menjanakan sinar gamma, penggabungan juga menghasilkan serpihan yang bergerak lebih perlahan. Aliran keluar yang didorong oleh pertambahan ke sisa penggabungan mengeluarkan cahaya ultraungu (ungu) yang pudar dengan cepat. Awan padat serpihan panas dilucutkan daripada bintang neutron sejurus sebelum perlanggaran menghasilkan cahaya yang boleh dilihat dan inframerah (biru-putih melalui merah). Sinaran UV, optikal dan inframerah dekat secara kolektif dirujuk sebagai kilonova. Kemudian, apabila sisa-sisa jet yang diarahkan ke arah kami telah berkembang ke dalam garis penglihatan kami, X-ray (biru) telah dikesan. Animasi ini mewakili fenomena yang diperhatikan sehingga sembilan hari selepas GW170817. Kredit: Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA/Makmal CI

Tetapi bagaimana f2 diukur? Perlanggaran antara bintang neutron, yang dikawal oleh undang-undang Teori Relativiti Einstein, membawa kepada letusan kuat pelepasan gelombang graviti. Pada tahun 2017, saintis secara langsung mengukur pelepasan sedemikian buat kali pertama. “Sekurang-kurangnya pada dasarnya, kekerapan spektrum puncak boleh dikira daripada isyarat gelombang graviti yang dipancarkan oleh saki-baki goyah dua bintang neutron yang digabungkan,” kata Most.

Sebelum ini dijangkakan bahawa f2 akan menjadi proksi yang munasabah untuk jejari, kerana—sehingga kini—penyelidik percaya bahawa surat-menyurat langsung, atau “kuasi-universal,” wujud di antara mereka. Walau bagaimanapun, Raithel dan Most telah menunjukkan bahawa ini tidak selalunya benar. Mereka telah menunjukkan bahawa menentukan EoS bukanlah seperti menyelesaikan masalah hipotenus yang mudah. Sebaliknya, ia lebih mirip dengan mengira sisi terpanjang bagi segi tiga tidak sekata, di mana seseorang juga memerlukan maklumat ketiga: sudut antara dua sisi yang lebih pendek. Bagi Raithel dan Most, maklumat ketiga ini ialah “cerun hubungan jejari jisim”, yang mengekod maklumat tentang EoS pada ketumpatan yang lebih tinggi (dan dengan itu keadaan yang lebih ekstrem) daripada jejari sahaja.

Penemuan baharu ini akan membolehkan penyelidik bekerja dengan pemerhati gelombang graviti generasi seterusnya (pengganti LIGO yang sedang beroperasi) untuk menggunakan data yang diperoleh dengan lebih baik selepas penggabungan bintang neutron. Menurut Raithel, data ini boleh mendedahkan juzuk asas jirim bintang neutron. “Beberapa ramalan teori mencadangkan bahawa dalam teras bintang neutron, peralihan fasa boleh melarutkan neutron menjadi zarah sub-atom yang dipanggil quark,” kata Raithel. “Ini bermakna bintang-bintang mengandungi lautan jirim quark bebas di bahagian dalamannya. Kerja kami boleh membantu penyelidik esok menentukan sama ada sedemikian peralihan fasa sebenarnya berlaku.”


Gelombang graviti boleh membuktikan kewujudan plasma quark-gluon


Maklumat lanjut:
Carolyn A. Raithel et al, Mencirikan Pecahan Kuasi-universal dalam Gelombang Graviti Pascagabungan daripada Percantuman Bintang Neutron Binari, Surat Jurnal Astrofizik (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac7c75

Petikan: Alat baharu membolehkan saintis mengintai di dalam bintang neutron (2022, 17 Oktober) yang diperoleh pada 18 Oktober 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We wish to thank the writer of this article for this incredible web content

Alat baharu membolehkan saintis melihat ke dalam bintang neutron


Explore our social media profiles and other pages related to themhttps://paw6.info/related-pages/