• Neutronitähdet

Avaruusaika tärisee: Ensimmäistä kertaa tähtitieteilijät näkevät mustan aukon syövän neutronitähden

• 2024

Ensimmäistä kertaa tähtitieteilijät ovat havainneet maailmankaikkeuden pelottavimman asian syövän toiseksi pelottavimman: mustan aukon, joka syö neutronitähden.

Tämä on samanaikaisesti yksi hienoimmista ja selkärangan jäähdyttävimmistä tutkimustuloksista, joista olen koskaan kirjoittanut. Yhdistyminen näiden kahden maailmankaikkeuden tiheimmän objektityypin välillä luo a valtava räjähdys, mutta joka on täysin pimeä. Ainoa tapa havaita se, koska se kirjaimellisesti ravisteli avaruusajan kangasta .

Vielä parempi? Tähtitieteilijät havaitsivat toisen vain kymmenen päivää myöhemmin.

Pelottavat tapahtumat löysivät LIGO-Virgo -yhteistyö , laitteet, jotka on suunniteltu havaitsemaan painovoiman aallot , todellisia väreilyjä avaruusajan kankaassa. Einstein ennusti, että mikä tahansa kiihdytettävä massa synnyttää nämä aallot, mutta ne ovat liian matala-amplitudisia ja pehmeitä havaitakseen, ellei kohde ole massiivinen, tiheä ja kiihdytetty kovaa.

Kuitenkin, kun mustat aukot tai neutronitähdet yhdistyvät, esineitä, joiden halkaisija on vain kilometrejä, mutta joiden massa on yhtä suuri kuin tähtiä, kiihdytetään toistensa ympärille sielua murskaavalla nopeudella, mikä riittää luomaan teräviä painovoima-aaltoja. Nämä aallot laajenevat ulospäin valon nopeudella, mutta heikkenevät etäisyyden myötä. Voimme havaita ne satojen miljoonien tai miljardien valovuoden päästä, mutta siihen mennessä ne ovat heikentäneet niin paljon, että avaruusajan venytys on erittäin pieni, minkä vuoksi ne ennustettiin vuosisata sitten, mutta ne havaittiin ensimmäisen kerran vasta vuonna 2015 ( Minulla on yksityiskohtia ensimmäisestä merkittävästä löydöstä ja siitä, miten tämä kaikki toimii tuon ajan artikkelissa).

Taideteos, joka kuvaa neutronitähden (oikealla) ja mustan aukon (vasemmalla) sulautumista. Luotto: Carl Knox (OzGrav)

Sen jälkeen on nähty kymmeniä tapahtumia, useimmiten mustien aukkojen parit sulautuvat yhteen, vaikka neutronitähtien sulautumisia on nähty myös kaksi kertaa. Toistaiseksi kuitenkaan mustia aukkoja ei ole koskaan nähty syövän neutronitähtiä - itse asiassa galaksissamme ei ole koskaan havaittu mustan aukon/neutronitähden binaarijärjestelmää!

Tapahtumat havaittiin 5. tammikuuta 2020 ja 15. tammikuuta 2020, ja niiden nimet ovat GW200105_162426 ja GW200115_042309 ( GW gravitaatioaaltoa varten, ja sitten luvut ovat päivämäärälle ja kellonajalle, jolloin ne havaittiin). Ensimmäinen (kutsumme sitä GW200105: ksi) oli voimakas signaali, mutta se näkyi selvästi vain yhdessä kolmesta ilmaisimesta (toinen oli tuolloin sammutettu, ja se nähtiin vain heikosti kolmannessa). Toinen (GW200115) nähtiin kaikissa kolmessa^*.

Kun gravitaatioaalto kulkee maan läpi, aaltojen muoto ja vahvuus kertovat meille paljon niistä luoneesta järjestelmästä. Molemmat tapahtumat olivat tilastollisesti merkitseviä (eli tähtitieteilijät pitävät niitä todellisina) ja molemmissa tapauksissa kahden kohteen yhdistämisen massat olivat melko pieniä.

Iron Man 2 terve järki media

Neutronitähti on uskomattoman pieni ja tiheä, pakaten Auringon massan palloksi vain muutaman kilometrin poikki. Tämä taideteos kuvaa yhtä Manhattaniin verrattuna. Luotto: NASAn Goddard Space Flight Center

Kahden komponentin, jotka sulautuivat GW200105: een, massa oli 8,9 ja 1,9 kertaa Auringon massa (epävarmuudella noin 1,3 ja 0,3 kertaa Auringon massa). Ensimmäinen komponentti on hyvin mustan aukon alueella - Tämän tyyppisen mustan aukon vähimmäismassa on mielestämme noin 2,8 kertaa Auringon massa . Toinen on kuitenkin tämän rajan alapuolella, joten se on lähes varmasti neutronitähti : uskomattoman massiivisen tähden tiheä ydin sen jälkeen, kun tähti on räjähtänyt supernovana. Neutroniumin pallo (kuten tätä asiaa kutsutaan) kumipallon koko painaa yhtä paljon kuin jokainen ihminen maapallolla yhteensä .

Sama pätee toiseen tapahtumaan, GW 200115: Massat ovat 5,7 (± 2) ja 1,5 (± .5 tai niin) kertaa Auringon massa. Joten taas melko selvästi musta aukko ja neutronitähti.

Molemmat järjestelmät aloittivat elämänsä normaalina, mutta massiivisena tähtenä, jotka kiertävät toisiaan. Yksi oli todennäköisesti noin 20 kertaa Auringon massa. Se kulki ydinpolttoaineensa läpi nopeasti, luultavasti vain muutamassa miljoonassa vuodessa. Sitten se paisui punaiseksi superjätti tähdeksi (kuten Antares tai Betelgeuse). Se oli niin suuri, että se todennäköisesti nielaisi tai melkein nielaisi kumppanitähden hetkeksi, ja se toinen tähti olisi vetänyt paljon massaa pois ensimmäisestä tähdestä, mikä olisi tehnyt siitä massiivisemman.

Ensimmäinen tähti räjähti ja muodosti mustan aukon. Lopulta myös toinen tähti räjähti, muodostaen neutronitähden (tai riippuen alkuperäisestä massasta ja siitä, kuinka nopeasti yksi menetti materiaalin toiselle, se olisi voinut olla päinvastoin). Joka tapauksessa jäljellä oli mustan aukon ympäri kiertävä neutronitähti.

Jos järjestelmässä olisi kolmas tähti, se olisi voinut heittää nämä kaksi epätasapainoa ja saada ne kiertämään lähempänä toisiaan. Tai on mahdollista, että miljardien vuosien aikana he tekivät heikkoja painovoima -aaltoja kiertäessään, menettäen energiaa ja kiertäen hitaasti yhteen. Joko niin, lopulta he pääsivät tarpeeksi lähelle toisiaan ja BANG. Musta aukko nielaisi neutronitähden.

Muuten, jos olet utelias: Tämän tapahtuman jälkeen on jäljellä massiivisempi ja suurempi musta aukko. Se on osa mustan aukon koko asiaa: pudota sisään ja olet nyt osa mustaa aukkoa.

Tällaisen järjestelmän kiertorataenergiaa juuri ennen viimeistä hetkeä on vaikea käsittää. Kaksi kohdetta, jotka ovat useita kertoja auringon massaa, pyörivät toistensa ympärillä melkein valonnopeudella. Energian täytyy mennä jonnekin, kun nämä kaksi sulautuvat yhteen. Se menee avaruuden ravistamiseen.

Kun näin tapahtuu, osa järjestelmän massasta muuttuu suoraan painovoima -aaltojen energiaksi. Tämä on valtava määrä energiaa. Näissä kahdessa uudessa tapauksessa noin puolet Auringon massasta muutettiin energiaksi. Huomaa, että tämä tehdään yhtälön E = mc^2 avulla, ja valon nopeus neliössä on erittäin suuri luku. Viimeiset hetket kesti vain sekunteja, mutta luotu energiamäärä oli jotain yhtä 00 kvintiljoonaa kertaa auringon kokonaisvaloisuus (10^{kaksikymmentä}) saman ajan kuluessa!

Silti se oli lähes varmasti täysin pimeää. Valoa ei säteillyt lainkaan (salamaa ei nähty ainakaan missään kaukoputkessa, eikä sitä välttämättä odotettu). Kaikki energia meni painovoima -aaltoihin. Molemmat tapahtumat olivat noin miljardin valovuoden päässä, ja tuon valtavan matkan aikana signaalit heikkenivät valtavasti. Kun he tulivat tänne, he tuskin kuiskasivat. Itse asiassa, ollakseni rehellinen, kuiskaus ilmaisimien lähellä aiheuttaisi paljon suuremman signaalin kuin nämä tapahtumat.

Tällaiset sulautumiset ovat tärkeitä, koska emme todellakaan ymmärrä täysin, miten musta aukko ja neutronitähtijärjestelmä muodostuu tai miten se kehittyy ajan myötä. Näiden tapahtumien näkeminen kertoo meille, että nämä binaarijärjestelmät ovat olemassa - hyvä alku - ja kuinka usein ne tapahtuvat paikallisessa avaruudessa (näistä odotamme, että noin yksi fuusio tapahtuu joka viikko jossain 2 miljardin valovuoden sisällä meistä). Jos havaitaan enemmän, se auttaa tähtitieteilijöitä selvittämään, kuinka nämä massiiviset tähtien binaarit käyttäytyvät.

Mikä on hienoa! Kunhan ovat kaukana. Tällainen tapahtuma sopii minulle, kun se tapahtuu toisessa galaksissa. Jopa lähempänä oleva olisi hienoa saada parempi signaali ja pystyä analysoimaan sitä paremmin. Mutta kun yksi kosminen hirviö syö toisen, niin hämmästyttävän ja viileän kuin se on, huomaan, että en välitä siitä, että minulla on nenäverenvuotoinen istuin.

^* Vuonna 2019 havaittiin samanlainen tapahtuma, jossa massiivinen musta aukko sulautui todennäköisesti hyvin pienimassaiseen mustaan ​​aukkoon. On mahdollista, että toinen kohde oli erittäin massiivinen neutronitähti, mutta melko epätodennäköistä.

ninjakilpikonnat ulos varjoista -luokitus