Aukštos energijos fotonas gali keliauti iš artimiausios neutronų žvaigždės į Žemę per 512 metų. Tik keli iš jų leidžiasi į kelionę. Bet jie neša informaciją, reikalingą išspręsti vieną iš sunkiausių astrofizikos klausimų.
Fotonai šaudo į kosmosą energingai skubėdami. Karštos rentgeno energijos pluoštai sprogo nuo mažyčio, labai tankaus, besisukančio supernovos likučio paviršiaus. Per ilgą amžių sijos išsisklaido pereidamos. Bet kiekvieną kartą vienas rentgeno spindulio taškas, per kosmosą nuvažiavęs 157 parsekus (512 šviesmečių) - 32 milijonus kartų didesnis nei atstumas tarp Žemės ir saulės - išleidžiamas prieš Tarptautinės kosminės stoties (ISS) X - Rygos teleskopas, pravarde NICER. Tada žemyn Žemėje tekstinis failas įveda naują duomenų tašką: fotono energiją ir jo atvykimo laiką, išmatuotą mikrosekundės tikslumu.
Šis duomenų taškas kartu su daugybe kitų, pavyzdžiui, per keletą mėnesių surinktų, atsakys į pagrindinį klausimą, kai tik 2018 m. Vasara: Kiek platus yra J0437-4715, artimiausias Žemės kaimynas iš neutroninių žvaigždžių?
Jei tyrėjai gali išsiaiškinti neutroninės žvaigždės plotį, fizikas Sharonas Morsinkas sakė Amerikos fizikų draugijos (APS) 2018 m. Balandžio mėn. Susirinkime miniai mokslininkų, kad ši informacija gali parodyti kelią, kaip išspręsti vieną iš didžiųjų dalelių fizikos paslapčių: Kaip ar materija elgiasi, kai yra stumiama į laukinius kraštutinumus?
Žemėje, atsižvelgiant į egzistuojančią žmonijos technologiją, yra keletas sunkių apribojimų, kaip tanki medžiaga gali patekti net ekstremaliose laboratorijose, ir dar griežtesnės ribos, kiek ilgai gali išgyventi tankiausios medžiagos, kurią mokslininkai sukuria. Tai reiškė, kad fizikai negalėjo išsiaiškinti, kaip dalelės elgiasi esant didžiausiam tankiui. Tiesiog nėra daug gerų eksperimentų.
„Yra daugybė skirtingų metodikų, kurias žmonės sugalvoja bandydami pasakyti, kaip turi elgtis ypač tankus materija, tačiau jie ne visi sutinka“, - teigė Morsinkas, Alberta universiteto fizikas ir NASA darbo grupės narys. sutelktas į neutroninių žvaigždžių plotį, pasakojo „Live Science“. "Ir tai, kaip jie ne visi sutinka, iš tikrųjų gali būti išbandytas, nes kiekvienas iš jų numato, kokia gali būti neutroninė žvaigždė."
Kitaip tariant, ultradense materijos slėpinio sprendimas yra užrakintas kai kurių tankiausių visatos objektų - neutroninių žvaigždžių - viduje. Ir mokslininkai gali nulaužti tą paslaptį, kai tik tiksliai išmatuos, kiek pločio (taigi ir tankios) neutroninės žvaigždės iš tikrųjų yra.
Dalelių fizika gilumoje
„Neutronų žvaigždės yra labiausiai įžeidžiantys objektai, apie kuriuos dauguma žmonių niekada nėra girdėję“, - NASA mokslininkas Zavenas Arzoumanianas sakė fizikams susitikime Kolumbo mieste, Ohajo valstijoje.
Arzoumanianas yra vienas iš NASA projekto „Neutron Star“ interjero kompozicijų tyrinėtojo (NICER), kuris sudaro techninę Morsink darbo bazę, vadovų. NICER yra didelis pasukamas teleskopas, pritvirtintas prie ISS; jis stebi ir tiksliai nustato rentgeno spindulius, kurie patenka į žemos Žemės orbitos zoną iš gilios kosmoso.
Neutroninė žvaigždė yra šerdis, likusi po masinio supernovos sprogimo, tačiau manoma, kad ji nėra daug platesnė nei vidutinio dydžio miestas. Neutronų žvaigždės gali suktis didelėmis šviesos greičio dalimis, šaudydamos į kosmosą mirguliuojančius rentgeno spindulius, nustatydamos tikslesnį laiką nei pažymėdami atominius laikrodžius.
Svarbiausia Morsink ir jos kolegų tikslams - neutroninės žvaigždės yra tankiausiai žinomi objektai visatoje, kurie nesugriuvo į juodąsias skylutes - tačiau skirtingai nuo juodųjų skylių, mokslininkams įmanoma išsiaiškinti, kas vyksta jų viduje. Astronomai tiesiog turi tiksliai žinoti, kiek iš tikrųjų yra neutronų žvaigždės, o NICER yra priemonė, kuri pagaliau turėtų atsakyti į šį klausimą.
Varškės sriuba
Mokslininkai tiksliai nežino, kaip materija elgiasi kraštinėje neutroninės žvaigždės šerdyje, tačiau jie pakankamai supranta, kad žinotų, jog tai labai keista.
Edinburgo universiteto dalelių fizikas Danielis Wattsas APS konferencijoje atskirai auditorijai teigė, kad neutroninės žvaigždės vidus iš esmės yra didelis didelis klaustukas.
Mokslininkai turi keletą puikių neutronų žvaigždžių masės matavimų. Pavyzdžiui, J0437-4715 masė yra maždaug 1,44 karto didesnė už saulės masę, nepaisant daugiau ar mažiau Žemutinio Manheteno dydžio. Tai reiškia, pasak Morsink, kad J0437-4715 yra daug tankesnis nei atomo branduolys - iki šiol tankiausias objektas, kurį mokslininkai susiduria Žemėje, kur didžioji atomo materijos dalis susirenka tik į mažytę jos centre esančią dėmelę.
Esant tokiam tankio lygiui, paaiškino Wattsas, visiškai neaišku, kaip materija elgiasi. Kvarkai, mažos dalelės, sudarančios neutronus ir protonus, sudarančius atomus, negali savarankiškai egzistuoti. Bet kai materija pasiekia kraštutinį tankį, kvarkai gali susilieti su dalelėmis, panašiomis į tas, kurios yra Žemėje, arba suformuoti didesnes, sudėtingesnes daleles arba, galbūt, sukramtyti į bendrą dalelių sriubą.
Ką mokslininkai žino, Watts pasakojo „Live Science“, kad išsami informacija apie tai, kaip materija elgiasi esant dideliam tankiui, nulems, kaip iš tikrųjų gaunamos neutronų žvaigždės. Taigi, jei mokslininkai gali sugalvoti tikslius neutroninių žvaigždžių matavimus, jie gali susiaurinti įvairių medžiagų elgesio tokiomis ekstremaliomis sąlygomis galimybes.
Ir atsakęs į šį klausimą, Wattsas teigė, kad galėtų atrakinti atsakymus į visokias dalelių fizikos paslaptis, kurios neturi nieko bendra su neutroninėmis žvaigždėmis. Pvz., Pasak jo, tai galėtų padėti atsakyti, kaip atskiri neutronai išsidėsto labai sunkių atomų branduoliuose.
NICER matavimai užtrunka
Manoma, kad dauguma neutroninių žvaigždžių yra maždaug 12–17 mylių (20–28 kilometrų) pločio, nors jos gali būti siauros kaip 10 mylių (16 km). Tai labai siaura astronomijos sritis, tačiau nepakankamai tiksli, kad atsakytų į klausimus, kuriuos domina Morsink ir jos kolegos.
Siekdama dar tikslesnių atsakymų, Morsink ir jos kolegos tiria rentgeno spindulius, sklindančius iš sparčiai besisukančių „taškų“ ant neutroninių žvaigždžių.
Nors neutroninės žvaigždės yra neįtikėtinai kompaktiškos sferos, tačiau dėl magnetinių laukų jų paviršiuje esanti energija yra gana nevienoda. Ant jų paviršių susidaro ryškūs pleistrai ir grybiena, plazdant apskritimais, nes žvaigždės sukasi daug kartų per sekundę.
Štai kur pasirodys NICER. NICER yra didelis, pasukamas teleskopas, pritvirtintas prie ISS ir galintis neįtikėtinai reguliariai skleisti šviesą iš tų pleistrų.
Tai leidžia Morsink ir jos kolegoms ištirti du dalykus, kurie abu gali padėti išsiaiškinti neutroninės žvaigždės spindulį:
1. Sukimosi greitis: Kai neutroninė žvaigždė sukasi, sakė Morsinkas, ryški taškinė jos paviršiaus pusė teka link Žemės ir tolyn nuo jos beveik kaip spindulys iš švyturio besisukančių ratų. Morsink ir jos kolegos gali atidžiai ištirti NICER duomenis, kad būtų galima nustatyti tiek tiksliai, kiek kartų žvaigždė mirksi kiekvieną akimirką, tiek ir tai, kaip greitai ryški taškas juda per kosmosą. Šviesios dėmės judėjimo greitis priklauso nuo žvaigždės sukimosi greičio ir jos spindulio. Jei tyrėjai gali išsiaiškinti sukimąsi ir greitį, spindulį gana lengva nustatyti.
2. Lengvas lenkimas: Neutronų žvaigždės yra tokios tankios, kad NICER gali aptikti ryškias žvaigždės dėmės fotonus, kurie išskriejo į kosmosą tuo metu, kai taškas buvo nurodytas nuo Žemės. Neutronų žvaigždės gravitacijos šulinys gali taip staigiai sulenkti šviesą, kad jos fotonai pasisuka link ir įsirėžia į NICER jutiklį. Šviesos kreivės greitis taip pat priklauso nuo žvaigždės spindulio ir jos masės. Taigi, atidžiai ištyręs, kiek užsidega žvaigždė su žinoma masė, Morsink ir jos kolegos gali išsiaiškinti žvaigždės spindulį.
Tyrėjai beveik paskelbė savo rezultatus, sakė Morsinkas. (Keletas jos APS pokalbių fizikų išreiškė lengvą nusivylimą, kad ji nepaskelbė konkretaus skaičiaus, ir jaudino, kad jis ateina.)
Morsink „Live Science“ sakė, kad ji nebandė erzinti būsimo pranešimo. NICER dar nesurinko pakankamai fotonų, kad komanda galėtų pasiūlyti gerą atsakymą.
„Tai panašu į pyrago išėmimą iš orkaitės per anksti. Tu tiesiog susiduri su netvarka“, - sakė ji.
Bet fotonai po vieną ateina per NICER periodinių tyrimų mėnesius. Atsakymas artimas. Šiuo metu komanda peržiūri duomenis iš J0437-4715 ir artimiausios Žemės artimiausios neutronų žvaigždės, kuri yra maždaug dvigubai toliau.
Morsink teigė nežinanti, kurį neutroninės žvaigždės spindulį ji ir jos kolegos paskelbs pirmiausia, tačiau ji pridūrė, kad abu pranešimai bus paskelbti per kelis mėnesius.
„Siekiama, kad tai įvyktų vėliau šią vasarą, kur„ vasara “vartojama gana plačiąja prasme“, - sakė ji. "Bet aš sakyčiau, kad iki rugsėjo mes turime ką nors turėti."
