Vi forstår ikke rigtig neutronstjerner. Åh, vi ved, at de er - de er de resterende rester af nogle af de mest massive stjerner i universet - men at afsløre deres indre arbejde er lidt vanskelig, fordi fysikken, der holder dem i live, kun er dårligt forstået.
Men hver gang imellem smadrer to neutronstjerner sammen, og når de gør det, har de en tendens til at sprænge og sprøjte deres kvantetarm overalt i rummet. Afhængig af den interne struktur og sammensætning af neutronstjernerne vil "ejecta" (den høflige videnskabelige betegnelse for astronomisk projektilkast) se anderledes ud end os Jordbundne observatører, hvilket giver os en grov, men potentielt kraftfuld måde at forstå disse eksotiske væsner på.
Neutron Star Nougat
Som du måske har gætt det, er neutronstjerner lavet af neutroner. Tja, for det meste. De har også nogle protoner, der svømmer rundt inde i dem, hvilket er vigtigt for senere, så jeg håber, du husker det.
Neutronstjerner er de resterende kerner fra nogle virkelig store stjerner. Når disse gigantiske stjerner nær slutningen af deres liv, begynder de at smelte lettere elementer i jern og nikkel. Tyngdekraften hos resten af stjernen fortsætter med at knuse disse atomer sammen, men disse fusionsreaktioner producerer ikke længere overskydende energi, hvilket betyder, at intet forhindrer stjernen i at fortsætte katastrofalt sammen i sig selv.
I kernen bliver trykket og densiteten så ekstreme, at tilfældige elektroner bliver skubbet ind i protoner, hvilket gør dem til neutroner. Når denne proces er afsluttet (hvilket tager mindre end et dusin minutter), har denne kæmpe kugle af neutroner endelig det sted, hvorpå det kan modstå yderligere sammenbrud. Resten af stjernen springer af fra den nyligt smedede kerne og sprænger i en smuk supernovaeksplosion og efterlader kernen: neutronstjernen.
Spiraler af undergang
Så som jeg sagde, neutronstjerner er kæmpe kugler af neutroner, med masser af materiale (et par sol er værd!) Proppet i et volumen, der ikke er større end en by. Som du måske forestiller dig, er det indre af disse eksotiske væsener mærkeligt, mystisk og komplekst.
Gør neutronerne bund i lag og danner små strukturer? Er det dybe interiør en tyk suppe af neutroner, der bare bliver fremmed og fremmed, jo dybere du går? Giver det måde for endnu mere skrøbelige ting? Hvad med skorpens art - det yderste lag med pakket elektroner?
Der er mange ubesvarede spørgsmål, når det kommer til neutronstjerner. Men heldigvis gav naturen os en måde at kigge inde i dem.
Mindre ulemper: vi må 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 stammede fra to kolliderende neutronstjerner sammen med en række hurtige brandteleskopopfølgningsobservationer over det elektromagnetiske spektrum.
Alle disse samtidige observationer gav os det mest komplette billede endnu af den såkaldte kilonovaseller kraftige bursts af energi og stråling fra disse ekstreme begivenheder. Den særlige episode af GW170817 var den eneste, der nogensinde er fanget med tyngdepunktbølgedetektorer, men bestemt ikke den eneste, der skete i universet.
Et neutralt håb
Når neutronstjerner kolliderer, bliver tingene rodede virkelig hurtigt. Det, der gør tingene særligt rodet, er den lille befolkning af protoner, der lurer rundt i den mest-neutronneutronstjerne. På grund af deres positive ladning og den supersnelle rotation af selve stjernen, er de i stand til at skabe utroligt stærkt magnetfelt (i nogle tilfælde de mest kraftfulde magnetfelter i hele universet), og disse magnetfelter spiller nogle onde spil.
I kølvandet på en neutrostjernekollision fortsætter de knuste rester af de døde stjerner rundt omkring hinanden i hurtig bane, med nogle af deres indvendinger, der ekspanderer væk i en titanisk eksplosionsbølge, brændt af energien fra styrtet.
Det resterende hvirvlende materiale danner hurtigt en disk, med denne disk gevind af stærke magnetfelter. Og når stærke magnetfelter befinder sig inden i hurtigt roterende diske, begynder de at folde ind på sig selv og forstærke og blive endnu stærkere. Gennem en proces, der ikke helt forstås (fordi fysikken, ligesom scenariet, bliver lidt rodet) vinder disse magnetiske felter op i nærheden af midten af disken og tragtmateriale ud og væk fra systemet helt: en jet.
Jetstrålene, en ved hver pol, sprænger udad og bærer stråling og partikler langt fra den kosmiske bilulykke. I en for nylig artikel undersøgt forskede dannelsen og levetiden for jetflyet, idet han især omhyggeligt kiggede på, hvor lang tid det tager for en jet at danne efter den første kollision. Det viser sig, at detaljerne i jet-lanceringsmekanismen afhænger af det indvendige indhold af de originale neutronstjerner: hvis du ændrer, hvordan neutronstjerner er struktureret, får du forskelle kollisionshistorier og forskellige underskrifter i jetflyets egenskaber.
Med mere uhyggelige observationer af kilonovas kan vi muligvis endnu ikke se nogle af disse modeller og lære, hvad der får neutronstjerner til at tikke.
Læs mere: “Jet-cocoon-udstrømning fra neutronstjernefusioner: struktur, lyskurver og grundlæggende fysik”
