Od otkrića neutronskih zvijezda 1960-ih, znanstvenici su tražili odgovor na vrlo pitanja važno pitanje: Koliko masivne mogu biti neutronske zvijezde? Za razliku od crnih rupa, ove zvijezde ne mogu imati proizvoljnu masu. I tako astrofizičari sa Sveučilišta. Goethe je uspio izračunati gornju granicu najveće mase neutronskih zvijezda.

S polumjerom od oko 12 kilometara i masom koja može biti dvostruko veća od , neutronske zvijezde su među najgušćim objektima u svemiru, stvarajući gravitacijska polja usporediva po snazi ​​s onima koje stvara . Većina neutronskih zvijezda ima masu oko 1,4 puta veću od Sunčeve, no poznati su i primjeri poput pulsara PSR J0348+0432 koji ima 2,01 solarne mase.

Gustoća ovih zvijezda je ogromna, otprilike kao da su Himalaje stisnute na veličinu krigle piva. Međutim, postoji razlog za vjerovanje da bi se neutronska zvijezda s maksimalnom masom urušila u crnu rupu ako joj se doda čak i jedan neutron.

Zajedno sa svojim studentima Eliasom Mostom i Lukasom Weichom, profesor Luciano Rezzolla, fizičar, viši istraživač na Frankfurtskom institutu za napredne studije (FIAS) i profesor teorijske astrofizike na Sveučilištu Goethe u Frankfurtu, sada je riješio problem koji je ostao bez odgovora za 40 godina. Njihov zaključak je sljedeći: s vjerojatnošću do nekoliko posto, maksimalna masa ne-rotatora ne može prijeći 2,16 solarnih masa.

Temelj za ovaj rezultat bio je pristup “univerzalnih odnosa” razvijen u Frankfurtu prije nekoliko godina. Postojanje "univerzalnih odnosa" implicira da su gotovo sve neutronske zvijezde "slične jedna drugoj", što znači da se njihova svojstva mogu izraziti u terminima bezdimenzionalnih veličina. Istraživači su ove "univerzalne odnose" kombinirali s podacima o gravitacijskim valovima i elektromagnetskom zračenju dobivenim tijekom prošlogodišnjeg promatranja dviju neutronskih zvijezda u eksperimentu. Ovo uvelike pojednostavljuje izračune jer ih čini neovisnima o jednadžbi stanja. Ova jednadžba je teorijski model koji se koristi za opisivanje guste materije unutar zvijezde, koja pruža informacije o njenom sastavu na različitim dubinama. Stoga je takav univerzalni spoj odigrao značajnu ulogu u određivanju nove najveće mase.

Dobiveni rezultat je dobar primjer interakcija između teorijskog i eksperimentalnog istraživanja. “Ljepota teorijskog istraživanja je u tome što nam omogućuje predviđanje. Teoriji su, međutim, očajnički potrebni eksperimenti kako bi se suzile neke od njezinih nesigurnosti,” kaže profesor Rezzolla. “Stoga je prilično izvanredno da promatranje jednog sudara neutronske zvijezde koji se događa milijune svjetlosnih godina daleko, zajedno s univerzalnim odnosima otkrivenim u našem teorijski rad, omogućio nam je da riješimo misterij o kojem se u prošlosti toliko nagađalo."

Rezultati su objavljeni u obliku pisma astrofizički časopis (Astrophysical Journal). Samo nekoliko dana kasnije, istraživački timovi iz SAD-a i Japana potvrdili su nalaze, unatoč tome što su i dalje imali različite i neovisne pristupe.

Javlja se nakon eksplozije supernove.

Ovo je sumrak života zvijezde. Njegova je gravitacija toliko jaka da izbacuje elektrone iz orbita atoma, pretvarajući ih u neutrone.

Kada izgubi potporu unutarnjeg pritiska, kolabira i to dovodi do eksplozija supernove.

Ostaci ovog tijela postaju Neutronska zvijezda, s masom 1,4 puta većom od mase Sunca i polumjerom gotovo jednakim polumjeru Manhattana u Sjedinjenim Državama.

Težina komada šećera gustoće neutronske zvijezde je...

Ako npr. uzmete komad šećera obujma 1 cm3 i zamislite da je napravljen od materija neutronske zvijezde, onda bi njegova masa bila približno milijardu tona. To je jednako masi otprilike 8 tisuća nosača zrakoplova. Mali objekt sa nevjerojatne gustoće!

Novorođena neutronska zvijezda može se pohvaliti velikom brzinom rotacije. Kada se masivna zvijezda pretvori u neutronsku zvijezdu, njezina brzina rotacije se mijenja.

Rotirajuća neutronska zvijezda prirodni je električni generator. Njegova rotacija stvara snažno magnetsko polje. Ova ogromna sila magnetizma hvata elektrone i druge čestice atoma i šalje ih duboko u Svemir ogromnom brzinom. Čestice velike brzine imaju tendenciju emitiranja zračenja. Treperenje koje opažamo kod pulsarskih zvijezda je zračenje ovih čestica.Ali mi ga primjećujemo tek kada je njegovo zračenje usmjereno u našem smjeru.

Neutronska zvijezda koja se vrti je Pulsar, egzotičan objekt nastao nakon eksplozije Supernove. Ovo je zalazak njezina života.

Gustoća neutronskih zvijezda različito je raspoređena. Imaju koru koja je nevjerojatno gusta. Ali sile unutar neutronske zvijezde mogu probiti koru. A kada se to dogodi, zvijezda prilagođava svoj položaj, što dovodi do promjene njezine rotacije. To se zove: kora je napukla. Na neutronskoj zvijezdi dolazi do eksplozije.

Članci

Kevin Gill / flickr.com

Njemački astrofizičari razjasnili su najveću moguću masu neutronske zvijezde, na temelju rezultata mjerenja gravitacijskih valova i elektromagnetskog zračenja iz. Pokazalo se da masa nerotirajuće neutronske zvijezde ne može biti veća od 2,16 solarnih masa, navodi se u članku objavljenom u Astrophysical Journal Letters.

Neutronske zvijezde su ultra-guste kompaktne zvijezde koje nastaju tijekom eksplozije supernove. Polumjer neutronskih zvijezda ne prelazi nekoliko desetaka kilometara, a njihova se masa može usporediti s masom Sunca, što dovodi do ogromne gustoće zvjezdane tvari (oko 10 17 kilograma po metar kubni). Istodobno, masa neutronske zvijezde ne može prijeći određenu granicu - objekti s velike mase kolabirati u crne rupe pod utjecajem vlastite gravitacije.

Prema različitim procjenama, gornja granica mase neutronske zvijezde je u rasponu od dvije do tri Sunčeve mase i ovisi o jednadžbi stanja tvari, kao io brzini rotacije zvijezde. Ovisno o gustoći i masi zvijezde, znanstvenici razlikuju nekoliko različitih vrsta zvijezda; shematski dijagram prikazan je na slici. Prvo, nerotirajuće zvijezde ne mogu imati masu veću od M TOV (bijelo područje). Drugo, kada zvijezda rotira konstantnom brzinom, njezina masa može biti ili manja od M TOV (svijetlozeleno područje) ili više (svijetlozeleno), ali ipak ne smije prijeći drugu granicu, M max. Konačno, neutronska zvijezda s promjenjivom brzinom rotacije bi teoretski mogla imati proizvoljnu masu (crvena područja različite svjetline). Međutim, uvijek biste trebali zapamtiti da gustoća rotirajućih zvijezda ne može biti veća od određene vrijednosti, inače će zvijezda kolabirati u crnu rupu (okomita linija na dijagramu odvaja stabilna rješenja od nestabilnih).

Dijagram različitih vrsta neutronskih zvijezda na temelju njihove mase i gustoće. Križ označava parametre objekta formiranog nakon spajanja zvijezda binarnog sustava, isprekidane linije označavaju jednu od dvije opcije za evoluciju objekta

L. Rezzolla i sur. / The Astrophysical Journal

Tim astrofizičara pod vodstvom Luciana Rezzolle postavio je nova, preciznija ograničenja maksimalne moguće mase nerotirajuće neutronske zvijezde, M TOV. Znanstvenici su u svom radu koristili podatke iz prethodnih studija o procesima koji su se dogodili u sustavu dviju neutronskih zvijezda koje se spajaju i doveli do emisije gravitacijskih (događaj GW170817) i elektromagnetskih (GRB 170817A) valova. Istovremena registracija ovih valova pokazala se vrlo važnim događajem za znanost, o čemu više možete pročitati u našem iu materijalu.

Iz dosadašnjih radova astrofizičara proizlazi da je nakon spajanja neutronskih zvijezda nastala hipermasivna neutronska zvijezda (odnosno njezine mase M > M max), koja se potom razvila prema jednom od dva moguća scenarija i nakon kratkog vremena pretvorio u crnu rupu (isprekidane linije na dijagramu). Promatranje elektromagnetske komponente zračenja zvijezde ukazuje na prvi scenarij, u kojem barionska masa zvijezde ostaje u biti konstantna, a gravitacijska masa opada relativno sporo zbog emisije gravitacijskih valova. S druge strane, prasak gama zraka iz sustava stigao je gotovo istovremeno s gravitacijskim valovima (samo 1,7 sekundi kasnije), što znači da bi točka transformacije u crnu rupu trebala biti blizu M max.

Stoga, ako pratimo evoluciju hipermasivne neutronske zvijezde natrag do početnog stanja, čiji su parametri izračunati s dobrom točnošću u prethodnim radovima, možemo pronaći vrijednost M max koja nas zanima. Znajući M max, nije teško pronaći M TOV, jer su ove dvije mase povezane relacijom M max ≈ 1,2 M TOV. U ovom članku astrofizičari su izveli takve izračune koristeći takozvane "univerzalne odnose", koji povezuju parametre neutronskih zvijezda različitih masa i ne ovise o vrsti jednadžbe stanja njihove materije. Autori naglašavaju da se njihovi izračuni koriste samo jednostavnim pretpostavkama i ne oslanjaju se na numeričke simulacije. Konačni rezultat za najveću moguću masu bio je između 2,01 i 2,16 solarnih masa. Donja granica za to prethodno je dobivena iz promatranja masivnih pulsara u binarnim sustavima - jednostavno rečeno, maksimalna masa ne može biti manja od 2,01 solarne mase, budući da su astronomi zapravo promatrali neutronske zvijezde s tako velikom masom.

Ranije smo pisali o tome kako su astrofizičari koristili računalne simulacije za procjenu mase i radijusa neutronskih zvijezda, čije je spajanje dovelo do događaja GW170817 i GRB 170817A.

Dmitrij Trunin

MOSKVA, 28. kolovoza - RIA Novosti. Znanstvenici su otkrili rekordno tešku neutronsku zvijezdu s dvostruko većom masom od Sunca, što ih je natjeralo da preispitaju brojne teorije, posebice teoriju da unutar super-guste materije neutronskih zvijezda mogu postojati "slobodni" kvarkovi, prema rad objavljen u četvrtak u časopisu Nature.

Neutronska zvijezda je "leš" zvijezde koji je ostao nakon eksplozije supernove. Njegova veličina ne premašuje veličinu malog grada, ali je gustoća materije 10-15 puta veća od gustoće atomske jezgre - "prstohvat" materije neutronske zvijezde teži više od 500 milijuna tona.

Gravitacija "pritišće" elektrone u protone, pretvarajući ih u neutrone, po čemu su neutronske zvijezde dobile svoje ime. Donedavno su znanstvenici vjerovali da masa neutronske zvijezde ne može premašiti dvije solarne mase, jer bi inače gravitacija zvijezdu "urušila" u crnu rupu. Stanje unutrašnjosti neutronskih zvijezda uglavnom je misterij. Na primjer, raspravlja se o prisutnosti "slobodnih" kvarkova i takvih elementarnih čestica kao što su K-mezoni i hiperoni u središnjim područjima neutronske zvijezde.

Autori studije, skupina američkih znanstvenika predvođenih Paulom Demorestom iz National Radio Observatorija, proučavali su dvojnu zvijezdu J1614-2230, udaljenu tri tisuće svjetlosnih godina od Zemlje, čija je jedna komponenta neutronska zvijezda, a druga bijeli patuljak .

U ovom slučaju, neutronska zvijezda je pulsar, odnosno zvijezda koja emitira usko usmjerene tokove radio emisije; kao rezultat rotacije zvijezde, tok zračenja može se detektirati s površine Zemlje pomoću radio teleskopa. u različitim vremenskim intervalima.

Bijeli patuljak i neutronska zvijezda rotiraju jedan u odnosu na drugog. Međutim, na brzinu prolaska radio signala iz središta neutronske zvijezde utječe gravitacija bijelog patuljka, ona ga "usporava". Znanstvenici, mjereći vrijeme dolaska radio signala na Zemlju, mogu točno odrediti masu objekta "odgovornog" za kašnjenje signala.

"Imamo puno sreće s ovim sustavom. Pulsar koji se brzo okreće daje nam signal koji dolazi iz orbite koja je savršeno postavljena. Štoviše, naš bijeli patuljak prilično je velik za zvijezde ove vrste. Ova jedinstvena kombinacija omogućuje nam da u potpunosti iskoristimo Shapirov efekt (gravitacijsko kašnjenje signala) i pojednostavljuje mjerenja”, kaže jedan od autora rada Scott Ransom.

Binarni sustav J1614-2230 smješten je tako da se može promatrati gotovo s ruba, odnosno u orbitalnoj ravnini. To olakšava precizno mjerenje masa njegovih sastavnih zvijezda.

Kao rezultat toga, masa pulsara se pokazala jednakom 1,97 solarnih masa, što je postalo rekord za neutronske zvijezde.

"Ova mjerenja mase govore nam da, ako uopće postoje kvarkovi u jezgri neutronske zvijezde, oni ne mogu biti "slobodni", ali najvjerojatnije moraju međusobno djelovati mnogo jače nego u "običnim" atomskim jezgrama," objašnjava voditelj skupine astrofizičara koji rade na ovom pitanju, Feryal Ozel sa Sveučilišta Arizona State.

"Nevjerojatno mi je da nešto tako jednostavno kao što je masa neutronske zvijezde može reći toliko toga u različitim područjima fizike i astronomije", kaže Ransom.

Astrofizičar Sergej Popov s Državnog astronomskog instituta Sternberg primjećuje da proučavanje neutronskih zvijezda može pružiti vitalne informacije o građi materije.

"U zemaljskim laboratorijima nemoguće je proučavati materiju gustoće mnogo veće od nuklearne. A to je vrlo važno za razumijevanje kako svijet funkcionira. Srećom, tako gusta materija postoji u dubinama neutronskih zvijezda. Da bi se odredila svojstva ove materije , vrlo je važno saznati kolika može biti maksimalna masa da bismo imali neutronsku zvijezdu, a ne pretvorili se u crnu rupu”, rekao je Popov za RIA Novosti.