Illustration copyright Getty billeder Billedtekst Fænomenet blev observeret ved hjælp af rumobservatorier og jordbaserede teleskoper
Forskere har været i stand til at opdage gravitationsbølger fra sammensmeltningen af to neutronstjerner for første gang.
Bølgerne blev optaget af LIGO-detektorer i USA og Italian Virgo Observatory.
Ifølge forskere opstår elementer som platin og guld som følge af sådanne fusioner i universet.
Opdagelsen blev gjort den 17. august. To detektorer i USA detekterede gravitationssignalet GW170817.
Data fra den tredje detektor i Italien gjorde det muligt at afklare lokaliseringen af den kosmiske begivenhed.
"Dette er, hvad vi alle har ventet på," sagde LIGO Laboratory Executive Director David Reitze, der kommenterer opdagelsen.
Sammensmeltningen fandt sted i galaksen NGC4993, som ligger omkring 130 millioner lysår fra Jorden i stjernebilledet Hydra.
Stjernemasserne varierede fra 1,1 til 1,6 solmasser, som falder inden for masseområdet for neutronstjerner. Deres radius er 10-20 km.
Stjerner kaldes neutronstjerner, fordi de i processen gravitationskompression protoner og elektroner i stjernesmelten, hvilket resulterer i et objekt, der næsten udelukkende består af neutroner.
Sådanne genstande har en utrolig tæthed - en teskefuld stof ville veje omkring en milliard tons.
Illustration copyright NSF/LIGO/SONOMA STATE UNIVERSITY Billedtekst Fusionen af neutronstjerner i videnskabsmænds hoveder ser sådan ud (på billedet - computer model)LIGO Laboratory i Livingston, Louisiana lille bygning, hvorfra to rør strækker sig i rette vinkler - armene på interferometeret. Inde i hver af dem er der en laserstråle, der registrerer ændringer i længden af hvilke gravitationsbølger kan detekteres.
LIGO-detektoren, der er placeret midt i store skove, blev designet til at detektere gravitationsbølger, der genererer storskala kosmiske katastrofer såsom neutronstjernefusioner.
Detektoren blev opgraderet for fire år siden, og siden har den registreret sorte hul-kollisioner fire gange.
Gravitationsbølger, som opstår som et resultat af store begivenheder i rummet, fører til fremkomsten af tidsrumlige forvrængninger, der ligner krusninger i vand.
Medieafspilning understøttes ikke på din enhed
Årets opdagelse: hvordan lyder en neutronstjernekollision?De strækker og komprimerer alt det stof, de passerer igennem i en næsten ubetydelig grad - mindre end bredden af et atom.
"Jeg er glad for det, vi har lavet. Det er første gang, jeg er begyndt at arbejde på gravitationsbølger i Glasgow, mens han stadig var studerende. Der er gået mange år siden da, der har været op- og nedture, men nu er alt faldet sammen,” siger LIGO-medarbejder, professor Norna Robertson.
"I løbet af de sidste par år har vi først opdaget sammensmeltningen af sorte huller og derefter neutronstjerner, og jeg føler, at vi åbner et nyt felt for forskning," tilføjer hun.
- Eksistensen af gravitationsbølger blev forudsagt inden for rammerne generel teori Einsteins relativitet
- Det tog årtier at udvikle den teknologi, der gjorde det muligt at optage bølgerne.
- Gravitationsbølger er forvrængninger i tid og rum, der opstår som følge af store begivenheder i rummet
- Hurtigt accelererende stof genererer gravitationsbølger, der bevæger sig med lysets hastighed
- Blandt de synlige kilder til bølger er sammensmeltninger af neutronstjerner og "sorte huller".
- Bølgeforskning åbner et fundamentalt nyt forskningsfelt
Forskere troede, at frigivelsen af energi i en sådan skala førte til skabelsen af sjældne elementer som guld og platin.
Ifølge Dr. Kate Maguire fra Queen's University Belfast, som analyserede de første udbrud, der opstod ved fusionen, er denne teori nu blevet bevist.
"Ved at bruge verdens mest kraftfulde teleskoper opdagede vi, at denne neutronstjernefusion resulterede i en højhastighedsudslyngning af tunge kemiske elementer, såsom guld og platin, ud i rummet," siger Maguire.
"Disse nye resultater hjælper med at gøre betydelige fremskridt i retning af at løse den langvarige debat om hvor periodiske system elementer, der er tungere end jern, blev taget,” tilføjer hun.
Nye grænser
Observationer af neutronstjernekollisionen bekræftede også teorien om, at den er ledsaget af korte udbrud af gammastråler.
Ved at sammenligne den indsamlede information om gravitationsbølgerne som følge af kollisionen med data vedr lys stråling indsamlet ved hjælp af teleskoper brugte videnskabsmænd en tidligere ubrugt metode til at måle udvidelseshastigheden af universet.
En af de mest indflydelsesrige teoretiske fysikere på planeten, professor Stephen Hawking, talte til BBC, kaldte det "det første trin på stigen" til en ny måde at måle afstande i universet på.
"Nye måder at observere universet på har en tendens til at føre til overraskelser, hvoraf mange ikke kan forudses. Vi gnider stadig vores øjne, eller rettere sagt, renser vores ører, efter at have hørt lyden af gravitationsbølger for første gang," sagde Hawking.
Illustration copyright N.S.F. Billedtekst LIGO Observatory kompleks i Livingston. "Skuldre" strækker sig fra bygningen - rør, inde i hvilke laserstråler passerer i et vakuum.Nu bliver LIGO-kompleksets udstyr moderniseret. Om et år bliver den dobbelt så følsom, og vil være i stand til at scanne et udsnit af rummet, der er otte gange større, end det er nu.
Forskere mener, at observationer af kollisioner mellem sorte huller og neutronstjerner i fremtiden vil blive almindelige. De håber også at lære at observere genstande, som de ikke engang kan forestille sig i dag, og begynde Ny æra i astronomi.
Neutronstjerner, ofte kaldet "døde" stjerner, er fantastiske objekter. Deres undersøgelse i de seneste årtier er blevet et af de mest fascinerende og opdagelsesrige områder inden for astrofysikken. Interessen for neutronstjerner skyldes ikke kun mysteriet om deres struktur, men også deres kolossale tæthed og stærke magnetiske og gravitationsfelter. Sagen der er i særlig tilstand, der ligner en enorm atomkerne, og disse forhold kan ikke reproduceres i jordiske laboratorier.
Fødsel på spidsen af en kuglepen
Opdagelsen af en ny elementarpartikel, neutronen, i 1932 fik astrofysikere til at spekulere på, hvilken rolle den kunne spille i stjernernes udvikling. To år senere blev det foreslået, at supernovaeksplosioner er forbundet med omdannelsen af almindelige stjerner til neutronstjerner. Derefter blev der foretaget beregninger af strukturen og parametrene for sidstnævnte, og det blev klart, at hvis små stjerner (som vores sol) i slutningen af deres udvikling bliver til hvide dværge, så bliver de tungere til neutronstjerner. I august 1967 opdagede radioastronomer, mens de studerede flimren af kosmiske radiokilder, mærkelige signaler: meget korte, der varede omkring 50 millisekunder, blev der optaget pulser af radioemission, gentaget med et nøje defineret tidsinterval (i størrelsesordenen et sekund) . Dette var helt anderledes end det sædvanlige kaotiske billede af tilfældige uregelmæssige udsving i radioemission. Efter et grundigt tjek af alt udstyret var jeg sikker på, at pulserne havde udenjordisk oprindelse. Det er svært for astronomer at blive overrasket over objekter, der udsender med variabel intensitet, men i I dette tilfælde perioden var så kort, og signalerne var så regelmæssige, at videnskabsmænd for alvor antydede, at de kunne være nyheder fra udenjordiske civilisationer.
Derfor fik den første pulsar navnet LGM-1 (fra det engelske Little Green Men "Little Green Men"), selvom forsøg på at finde nogen mening i de modtagne pulser endte forgæves. Snart blev yderligere 3 pulserende radiokilder opdaget. Deres periode viste sig igen at være meget mindre end de karakteristiske tidspunkter for vibration og rotation af alle kendte astronomiske objekter. På grund af strålingens pulserende karakter begyndte nye objekter at blive kaldt pulsarer. Denne opdagelse rystede bogstaveligt talt op i astronomi, og rapporter om pulsar-detektering begyndte at komme fra mange radioobservatorier. Efter opdagelsen af en pulsar i Krabbetågen, som opstod på grund af en supernovaeksplosion i 1054 (denne stjerne var synlig i løbet af dagen, som kineserne, araberne og nordamerikanerne nævner i deres annaler), blev det klart, at pulsarer på en eller anden måde er relateret til supernovaeksplosioner.
Mest sandsynligt kom signalerne fra en genstand, der blev efterladt efter eksplosionen. Det tog lang tid, før astrofysikere indså, at pulsarer var de hurtigt roterende neutronstjerner, de havde ledt efter så længe.
Krabbetåge
Udbruddet af dette supernova(foto ovenfor), funklende i jordens horisont lysere end Venus og synlig selv om dagen, fandt sted i 1054 ifølge jordure. Næsten 1.000 år er en meget kort periode efter kosmiske standarder, og alligevel lykkedes det i løbet af denne tid at danne den smukke Krabbetåge fra resterne af den eksploderende stjerne. Dette billede er en sammensætning af to billeder: det ene af dem blev opnået af Hubble Space Optical Telescope (røde nuancer), det andet Røntgen teleskop"Chandra" (blå). Det ses tydeligt, at højenergielektroner, der udsender i røntgenområdet meget hurtigt mister deres energi, derfor blå farver kun hersker i den centrale del af tågen.
Kombination af to billeder hjælper til mere præcist at forstå funktionsmekanismen for denne fantastiske kosmiske generator, der udsender elektromagnetiske vibrationer det bredeste frekvensområde fra gammastråler til radiobølger. Selvom de fleste neutronstjerner er blevet detekteret ved radioemission, udsender de størstedelen af deres energi i gamma- og røntgenområdet. Neutronstjerner fødes meget varme, men afkøles hurtigt nok, og allerede i tusindårsalderen har de en overfladetemperatur på omkring 1.000.000 K. Derfor skinner kun unge neutronstjerner i røntgenområdet på grund af ren termisk stråling.
Pulsar fysik
En pulsar er simpelthen en enorm magnetiseret top, der snurrer rundt om en akse, der ikke falder sammen med magnetens akse. Hvis intet faldt på den, og den ikke udsendte noget, så ville dens radioudsendelse have en rotationsfrekvens, og vi ville aldrig høre den på Jorden. Men faktum er, at denne top har en kolossal masse og høj temperatur overflade, og det roterende magnetfelt skaber et enormt elektrisk felt, der er i stand til at accelerere protoner og elektroner næsten til lysets hastighed. Desuden er alle disse ladede partikler, der suser rundt i pulsaren, fanget i dens kolossale magnetfelt. Og kun inden for en lille solid vinkel omkring den magnetiske akse kan de bryde fri (neutronstjerner har de stærkeste magnetfelter i universet, når de når 10 10 10 14 gauss, til sammenligning: Jordens felt er 1 gauss, solcellefeltet 10 50 gauss ). Det er disse strømme af ladede partikler, der er kilden til den radioemission, hvorfra pulsarer blev opdaget, som senere viste sig at være neutronstjerner. Da en neutronstjernes magnetiske akse ikke nødvendigvis falder sammen med dens rotationsakse, når stjernen roterer, forplanter en strøm af radiobølger sig gennem rummet som strålen fra et blinkende fyr, der kun midlertidigt skærer gennem det omgivende mørke.
Røntgenbilleder af Krabbetågens pulsar i dens aktive (venstre) og normale (højre) tilstand
nærmeste nabo
Denne pulsar er placeret i en afstand af kun 450 lysår fra Jorden og er et binært system af en neutronstjerne og hvid dværg med en cirkulationsperiode på 5,5 dage. Blød røntgenstråling, modtaget af ROSAT-satellitten, udsender polære hætter PSR J0437-4715 opvarmet til to millioner grader. Under sin hurtige rotation (perioden for denne pulsar er 5,75 millisekunder) vender den sig mod Jorden med den ene eller den anden magnetiske pol, som et resultat ændres intensiteten af gammastrålefluxen med 33%. Lyst objekt ved siden af en lille pulsar er dette en fjern galakse, som af en eller anden grund aktivt lyser i røntgenområdet af spektret.
Almægtige Tyngdekraft
Ifølge moderne evolutionsteori ender massive stjerner deres liv i en kolossal eksplosion, der gør de fleste af dem til en ekspanderende gaståge. Som følge heraf er det, der er tilbage fra en kæmpe, der er mange gange større end vores sol i størrelse og masse, et tæt varmt objekt på omkring 20 km i størrelse, med en tynd atmosfære (af brint og tungere ioner) og et gravitationsfelt 100 milliarder gange større end jordens. Den blev kaldt en neutronstjerne, idet man troede, at den hovedsageligt består af neutroner. Neutronstjernestof er den tætteste form for stof (en teskefuld af en sådan superkerne vejer omkring en milliard tons). Den meget korte periode med signaler udsendt af pulsarer var det første og vigtigste argument til fordel for, at disse er neutronstjerner, som besidder et enormt magnetfelt og roterer med en voldsom hastighed. Kun tætte og kompakte objekter (kun et par tiere af kilometer i størrelse) med et kraftigt gravitationsfelt kan modstå en sådan rotationshastighed uden at falde i stykker på grund af centrifugale inertikræfter.
En neutronstjerne består af en neutronvæske blandet med protoner og elektroner. "Nuklear væske", meget lig stoffet fra atomkerner, 1014 gange tættere end almindeligt vand. Denne enorme forskel er forståelig, da atomer for det meste består af tomt rum, hvor lette elektroner flyver rundt om en lille, tung kerne. Kernen indeholder næsten al massen, da protoner og neutroner er 2.000 gange tungere end elektroner. De ekstreme kræfter, der genereres ved dannelsen af en neutronstjerne, komprimerer atomerne så meget, at elektronerne, der klemmes ind i kernerne, kombineres med protoner og danner neutroner. På den måde bliver der født en stjerne, der næsten udelukkende består af neutroner. En supertæt nuklear væske, hvis den bringes til Jorden, ville eksplodere ligesom atombombe, men i en neutronstjerne er den stabil på grund af det enorme gravitationstryk. Men i de ydre lag af en neutronstjerne (som faktisk alle stjerner), falder tryk og temperatur, hvilket danner en fast skorpe omkring en kilometer tyk. Det menes hovedsageligt at bestå af jernkerner.
Blitz
Det kolossale røntgenudbrud af 5. marts 1979, viser det sig, fandt sted langt ud over vores galakse, i den store magellanske sky, en satellit fra vores Mælkevej, der ligger i en afstand af 180 tusind lysår fra Jorden. Fælles behandling af gammastråleudbruddet den 5. marts, optaget af syv rumfartøjer, gjorde det muligt ret præcist at bestemme positionen af dette objekt, og det faktum, at det er placeret præcist i den magellanske sky, er i dag praktisk talt uden tvivl.
Begivenheden, der skete på denne fjerne stjerne for 180 tusind år siden, er svær at forestille sig, men den blinkede dengang som 10 supernovaer, mere end 10 gange lysstyrken af alle stjernerne i vores galakse. Lys prik i den øverste del af figuren er dette en lang og velkendt SGR-pulsar, og den uregelmæssige kontur er den mest sandsynlige position af det objekt, der blussede op den 5. marts 1979.
Neutronstjernens oprindelse
En supernovaeksplosion er simpelthen overgangen af en del af gravitationsenergien til varme. Når en gammel stjerne løber tør for brændstof og termonukleær reaktion ikke længere kan opvarme sine dybder til den nødvendige temperatur, sker der så at sige et sammenbrud af gasskyen i dens tyngdepunkt. Den energi, der frigives i denne proces, spreder de ydre lag af stjernen i alle retninger og danner en ekspanderende tåge. Hvis stjernen er lille, ligesom vores sol, så opstår der et udbrud, og der dannes en hvid dværg. Hvis stjernens masse er mere end 10 gange Solens, så fører et sådant sammenbrud til en supernovaeksplosion, og der dannes en almindelig neutronstjerne. Hvis en supernova eksploderer på stedet fuldstændigt store stjerner, med en masse på 20 x 40 Solar, og en neutronstjerne med en masse på mere end tre sole dannes, så bliver processen med gravitationel kompression irreversibel, og der dannes et sort hul.
Intern struktur
Den faste skorpe af de ydre lag af en neutronstjerne består af tunge atomkerner arrangeret i et kubisk gitter, med elektroner, der flyver frit imellem dem, hvilket minder om jordbaserede metaller, men kun meget tættere.
Åbent spørgsmål
Selvom neutronstjerner er blevet intensivt undersøgt i omkring tre årtier, er de indre struktur ukendt med sikkerhed. Desuden er der ingen sikker sikkerhed for, at de egentlig hovedsageligt består af neutroner. Efterhånden som du bevæger dig dybere ind i stjernen, øges tryk og tæthed, og stof kan blive så komprimeret, at det nedbrydes til kvarker – byggestenene i protoner og neutroner. Ifølge moderne kvantekromodynamik kan kvarker ikke eksistere i en fri tilstand, men kombineres til uadskillelige "tre" og "toere". Men måske ved grænsen indre kerne Ved neutronstjernen ændrer situationen sig, og kvarkerne bryder ud af deres indespærring. For yderligere at forstå arten af en neutronstjerne og eksotisk kvarkstof skal astronomer bestemme forholdet mellem stjernens masse og dens radius ( gennemsnitlig tæthed). Ved at studere neutronstjerner med satellitter er det muligt at måle deres masse ret præcist, men at bestemme deres diameter er meget vanskeligere. For nylig har forskere, der bruger XMM-Newton røntgen-satellitten, fundet en måde at estimere tætheden af neutronstjerner baseret på gravitationel rødforskydning. En anden usædvanlig ting ved neutronstjerner er, at når massen af stjernen falder, øges dens radius som et resultat, at de mest massive neutronstjerner har den mindste størrelse.
Sort enke
Eksplosionen af en supernova giver ret ofte betydelig fart til en nyfødt pulsar. Sådan en flyvende stjerne med sit eget anstændige magnetfelt forstyrrer kraftigt den ioniserede gasfyldning interstellare rum. Der dannes en slags chokbølge, der løber foran stjernen og divergerer i en bred kegle efter den. Det kombinerede optiske (blå-grønne) og røntgenbillede (røde nuancer) viser, at her har vi ikke kun at gøre med en lysende gassky, men med en enorm strømning elementære partikler, udsendt af denne millisekundpulsar. Den lineære hastighed for Black Widow er 1 million km/t, den roterer om sin akse på 1,6 ms, den er allerede omkring en milliard år gammel, og den har en ledsagerstjerne, der cirkler rundt om enken med en periode på 9,2 timer. Pulsaren B1957+20 fik sit navn af den simple grund, at den kraftig stråling det brænder simpelthen sin nabo, hvilket får gassen, der danner den, til at "koge" og fordampe. Den røde cigarformede kokon bag pulsaren er den del af rummet, hvor elektronerne og protonerne udsendt af neutronstjernen udsender bløde gammastråler.
Resultat computermodellering giver dig mulighed for meget klart, i tværsnit, at forestille dig de processer, der finder sted nær en hurtigtflyvende pulsar. Strålerne, der divergerer fra et lyst punkt, er et konventionelt billede af strømmen af strålingsenergi, såvel som strømmen af partikler og antipartikler, der udgår fra en neutronstjerne. Den røde kontur ved grænsen af det sorte rum omkring neutronstjernen og de røde lysende plasmaskyer er stedet, hvor strømmen af relativistiske partikler, der flyver næsten med lysets hastighed, møder den tætte chokbølge interstellar gas. Ved at bremse kraftigt udsender partiklerne røntgenstråler, og efter at have mistet det meste af deres energi opvarmer de ikke længere den indfaldende gas så meget.
Giganternes Krampe
Pulsarer betragtes som et af de tidlige stadier af en neutronstjernes liv. Takket være deres undersøgelse lærte forskerne om magnetiske felter, rotationshastigheden og neutronstjernernes videre skæbne. Ved konstant at overvåge adfærden af en pulsar, kan man bestemme præcis, hvor meget energi den taber, hvor meget den bremser, og selv hvornår den vil ophøre med at eksistere, efter at have bremset så meget, at den ikke kan udsende kraftige radiobølger. Disse undersøgelser bekræftede mange teoretiske forudsigelser om neutronstjerner.
Allerede i 1968 blev pulsarer med en rotationsperiode fra 0,033 sekunder til 2 sekunder opdaget. Frekvensen af radiopulsarimpulser opretholdes med forbløffende nøjagtighed, og i starten var stabiliteten af disse signaler højere end jordbaseret atomur. Og alligevel, med fremskridt inden for tidsmåling, var det muligt at registrere regelmæssige ændringer i deres perioder for mange pulsarer. Det er selvfølgelig ekstremt små ændringer, og først over millioner af år kan vi forvente, at perioden vil fordobles. Forholdet mellem den aktuelle rotationshastighed og rotationsdecelerationen er en af måderne til at estimere pulsarens alder. På trods af radiosignalets bemærkelsesværdige stabilitet oplever nogle pulsarer nogle gange såkaldte "forstyrrelser". I et meget kort tidsinterval (mindre end 2 minutter) stiger pulsarens rotationshastighed med en betydelig mængde og vender derefter efter nogen tid tilbage til den værdi, der var før "forstyrrelsen". Det menes, at "forstyrrelserne" kan være forårsaget af en omlejring af massen i neutronstjernen. Men alligevel præcis mekanisme ukendt endnu.
Vela-pulsaren gennemgår således store "forstyrrelser" cirka en gang hvert 3. år, og det gør den meget interessant objekt at studere sådanne fænomener.
Magneter
Nogle neutronstjerner, kaldet gentagende bløde gammastråleudbrudskilder (SGR'er), udsender kraftige udbrud af "bløde" gammastråler med uregelmæssige intervaller. Mængden af energi, der udsendes af en SGR i en typisk flare, der varer nogle få tiendedele af et sekund, kan udsendes af Solen på kun helt år. Fire kendte SGR'er er placeret i vores Galaxy, og kun én er udenfor den. Disse utrolige eksplosioner af energi kan være forårsaget af stjerneskælv - kraftige udgaver af jordskælv, når den faste overflade af neutronstjerner rives fra hinanden, og kraftige strømme af protoner brister fra deres dybder, som, der sidder fast i et magnetfelt, udsender gamma- og røntgenstråling . Neutronstjerner blev identificeret som kilder til kraftige gammastråleudbrud, efter at det enorme gammastråleudbrud den 5. marts 1979 frigav lige så meget energi i det første sekund, som Solen udsender i 1.000 år. Nylige observationer af en af de mest aktive neutronstjerner synes i øjeblikket at understøtte teorien om, at uregelmæssige, kraftige udbrud af gamma- og røntgenstråling er forårsaget af stjerneskælv.
I 1998 vågnede den berømte SGR pludselig op fra sin "dvale", som ikke havde vist tegn på aktivitet i 20 år og sprøjtede næsten lige så meget energi ud som gammastrålingen den 5. marts 1979. Det, der slog forskerne mest, da de observerede denne begivenhed, var den kraftige afmatning i stjernens rotationshastighed, hvilket indikerer dens ødelæggelse. For at forklare kraftige gamma- og røntgenudbrud blev der foreslået en magnetar-neutronstjernemodel med et superstærkt magnetfelt. Hvis der fødes en neutronstjerne, der roterer meget hurtigt, vil den kombinerede indflydelse af rotation og konvektion, som spiller vigtig rolle i de første få sekunder af en neutronstjernes eksistens, kan skabe et enormt magnetfelt som et resultat kompleks proces, kendt som en "aktiv dynamo" (på samme måde som et felt skabes inde i Jorden og Solen). Teoretikere var forbløffede over at opdage, at sådan en dynamo, der opererer i en varm, nyfødt neutronstjerne, kunne skabe et magnetfelt, der er 10.000 gange stærkere end det normale felt af pulsarer. Når stjernen afkøles (efter 10 eller 20 sekunder), stopper konvektion og dynamoens handling, men denne gang er nok til at det nødvendige felt opstår.
Magnetfeltet i en roterende elektrisk ledende kugle kan være ustabil, og en skarp omstrukturering af dens struktur kan ledsages af frigivelse af kolossale mængder energi ( klart eksempel sådan ustabilitet periodisk overførsel magnetiske poler Jorden). Lignende ting sker på Solen i eksplosive begivenheder kaldet " soludbrud" I en magnetar er den tilgængelige magnetiske energi enorm, og denne energi er ganske nok til at drive sådanne gigantiske udbrud som 5. marts 1979 og 27. august 1998. Sådanne begivenheder forårsager uundgåeligt dyb forstyrrelse og ændringer i strukturen af ikke kun elektriske strømme i volumenet af neutronstjernen, men også dens faste skorpe. En anden mystisk type objekt, der udsender kraftig røntgenstråling under periodiske eksplosioner, er de såkaldte anomale røntgenpulsarer AXP. De adskiller sig fra almindelige røntgenpulsarer ved, at de kun udsender i røntgenområdet. Forskere mener, at SGR og AXP er faser af livet for den samme klasse af objekter, nemlig magnetarer eller neutronstjerner, som udsender bløde gammastråler ved at trække energi fra et magnetfelt. Og selvom magnetarer i dag forbliver teoretikeres idé, og der ikke er nok data, der bekræfter deres eksistens, søger astronomer vedvarende efter de nødvendige beviser.
Magnetar kandidater
Astronomer har allerede grundigt studeret vores hjemmegalakse Mælkevejen, at det ikke koster dem noget at afbilde dets sidebillede, hvilket på den angiver placeringen af den mest bemærkelsesværdige af neutronstjernerne.
Forskere mener, at AXP og SGR simpelthen er to stadier i livet for den samme gigantiske magnetneutronstjerne. I de første 10.000 år er magnetaren en SGR-pulsar, der er synlig i almindeligt lys og producerer gentagne udbrud af blød røntgenstråling, og i de næste millioner af år forsvinder den, ligesom en unormal AXP-pulsar, fra det synlige område og puster. kun på røntgen.
Den stærkeste magnet
Analyse af data opnået af RXTE-satellitten (Rossi X-ray Timing Explorer, NASA) under observationer af den usædvanlige pulsar SGR 1806-20 viste, at denne kilde er den kraftigste magnet, der hidtil er kendt i universet. Størrelsen af dets felt blev bestemt ikke kun på grundlag af indirekte data (fra pulsarens opbremsning), men også næsten direkte fra måling af rotationsfrekvensen af protoner i neutronstjernens magnetfelt. Det magnetiske felt nær overfladen af denne magnetar når 10 15 gauss. Hvis det for eksempel var i Månens kredsløb, ville alle magnetiske lagringsmedier på vores Jord være afmagnetiseret. Sandt nok, når man tager det faktum i betragtning, at dens masse er omtrent lig med Solens, ville dette ikke længere betyde noget, da selv hvis Jorden ikke var faldet på denne neutronstjerne, ville den have snurret rundt om den som en sindssyg og gjort fuld omgang på kun en time.
Aktiv dynamo
Vi ved alle, at energi elsker at skifte fra en form til en anden. Elektricitet bliver let til varme og kinetisk energi til potentiel energi. Enorme konvektionsstrømme af elektrisk ledende magma, plasma eller nukleart stof, viser det sig, kan også kinetisk energi omdannes til noget usædvanligt, såsom et magnetfelt. Bevægelsen af store masser på en roterende stjerne i nærværelse af et lille indledende magnetfelt kan føre til elektriske strømme, der skaber et felt i samme retning som den oprindelige. Som følge heraf begynder en lavinelignende stigning i et roterende strømledende objekts eget magnetfelt. Jo større felt, jo større strømme, jo større strømme, jo større felt, og alt dette skyldes banale konvektionsstrømme, på grund af det faktum, at et varmt stof er lettere end et koldt, og derfor flyder op.
Uroligt nabolag
Det berømte Chandra rumobservatorium har opdaget hundredvis af objekter (inklusive i andre galakser), hvilket indikerer, at ikke alle neutronstjerner er bestemt til at leve et ensomt liv. Sådanne objekter er født i binære systemer, der overlevede supernovaeksplosionen, der skabte neutronstjernen. Og nogle gange sker det, at enkelte neutronstjerner i tætte stjerneområder, såsom kuglehobe, fanger en ledsager. I dette tilfælde vil neutronstjernen "stjæle" stof fra sin nabo. Og afhængigt af hvor massiv stjernen skal ledsage den, vil dette "tyveri" forårsage forskellige konsekvenser. Gas, der strømmer fra en ledsager med en masse, der er mindre end vores sols, ned på sådan en "krumme", som en neutronstjerne, kan ikke umiddelbart falde på grund af, at dens egen vinkelmomentum er for stor, så den skaber en såkaldt tilvækstskive omkring sig fra "stjålet" sag. Friktion, når den vikler sig rundt om neutronstjernen og kompression i gravitationsfeltet opvarmer gassen til millioner af grader, og den begynder at udsende røntgenstråler. Andet interessant fænomen, forbundet med neutronstjerner, der har en ledsager med lav masse, røntgenudbrud (burstere). De varer normalt fra flere sekunder til flere minutter og giver maksimalt stjernen en lysstyrke næsten 100 tusind gange større end Solens lysstyrke.
Disse flares forklares ved, at når brint og helium overføres til neutronstjernen fra ledsageren, danner de et tæt lag. Efterhånden bliver dette lag så tæt og varmt, at en reaktion begynder termonuklear fusion og en enorm mængde energi frigives. Med hensyn til magt svarer dette til eksplosionen af hele det nukleare arsenal af jordboere på hver kvadratcentimeter overfladen af en neutronstjerne i et minut. Et helt andet billede ses, hvis neutronstjernen har en massiv ledsager. Den gigantiske stjerne mister stof i form af stjernevind (en strøm af ioniseret gas, der udgår fra dens overflade), og neutronstjernens enorme tyngdekraft fanger noget af dette stof. Men her kommer magnetfeltet til sin ret og får det faldende stof til at flyde med elledninger til de magnetiske poler.
Det betyder, at røntgenstråling primært genereres ved hot spots ved polerne, og hvis magnetaksen og stjernens rotationsakse ikke falder sammen, så viser stjernens lysstyrke sig at være variabel - det er også en pulsar , men kun et røntgenbillede. Neutronstjerner i røntgenpulsarer har lyse kæmpestjerner som ledsagere. I burstere er neutronstjernernes ledsagere svage stjerner med lav masse. Alderen for lyse kæmper overstiger ikke flere titusinder af år, mens alderen for svage dværgstjerner kan være milliarder af år, da førstnævnte bruger deres energi meget hurtigere. nukleart brændsel end sidstnævnte. Det følger heraf, at burstere er gamle systemer, hvor magnetfeltet er svækket over tid, mens pulsarer er relativt unge, og derfor er magnetfelterne i dem stærkere. Måske pulserede sprængninger på et tidspunkt i fortiden, men pulsarer er endnu til at briste i fremtiden.
Pulsarer med de korteste perioder (mindre end 30 millisekunder) - de såkaldte millisekundpulsarer - er også forbundet med binære systemer. På trods af deres hurtige rotation viser de sig ikke at være de yngste, som man kunne forvente, men de ældste.
De opstår fra binære systemer, hvor en gammel, langsomt roterende neutronstjerne begynder at absorbere stof fra sin også gamle ledsager (normalt en rød kæmpe). Når stof falder ned på overfladen af en neutronstjerne, overfører det rotationsenergi til den, hvilket får den til at spinde hurtigere og hurtigere. Dette sker, indtil neutronstjernens følgesvend, næsten befriet for overskydende masse, bliver en hvid dværg, og pulsaren kommer til live og begynder at rotere med en hastighed på hundredvis af omdrejninger i sekundet. For nylig opdagede astronomer dog et meget usædvanligt system, hvor følgesvenden til en millisekundpulsar ikke er en hvid dværg, men en kæmpe oppustet rød stjerne. Forskere mener, at de observerer dette binære system lige på stadiet med at "befri" den røde stjerne fra overskydende vægt og blive til en hvid dværg. Hvis denne hypotese er forkert, kan ledsagestjernen være en almindelig kuglehobestjerne, der ved et uheld er fanget af en pulsar. Næsten alle neutronstjerner, der i øjeblikket er kendt, findes enten i røntgen-binære eller som enkelte pulsarer.
Og for nylig bemærkede Hubble i synligt lys en neutronstjerne, som ikke er en komponent dobbelt system og pulserer ikke i røntgen- og radioområdet. Dette giver unik mulighed bestemme nøjagtig dens størrelse og foretage justeringer af ideer om sammensætningen og strukturen af denne bizarre klasse af udbrændte stjerner komprimeret af tyngdekraften. Denne stjerne blev først opdaget som en røntgenkilde og udsender i dette område, ikke fordi den opsamler brintgas, mens den bevæger sig gennem rummet, men fordi den stadig er ung. Det kan være en rest af en af stjernerne i det binære system. Som et resultat af en supernovaeksplosion kollapsede dette binære system og tidligere naboer begyndte en selvstændig rejse gennem universet.
Babystjernespiser
Ligesom sten falder til jorden, så stor stjerne, der frigiver sin masse stykke for stykke, bevæger sig gradvist til en lille og fjern nabo, som har et enormt gravitationsfelt nær sin overflade. Hvis stjernerne ikke kredsede om et fælles tyngdepunkt, så kunne gasstrømmen simpelthen flyde, som en vandstrøm fra et krus, ind på en lille neutronstjerne. Men da stjernerne hvirvler i en runddans, må det faldende stof, før det når overfladen, tabe mest dens vinkelmomentum. Og her hjælper den gensidige friktion af partikler, der bevæger sig langs forskellige baner og samspillet mellem det ioniserede plasma, der danner tilvækstskiven, med pulsarens magnetfelt, at stofprocessen falder til med succes at ende med et nedslag på neutronstjernens overflade i området for dens magnetiske poler.
Gåde 4U2127 løst
Denne stjerne har narre astronomer i mere end 10 år og har vist mærkelig langsom variation i sine parametre og blusset op forskelligt hver gang. Kun seneste forskning rumobservatoriet"Chandra" lov til at løse mystisk adfærd denne genstand. Det viste sig, at det ikke var én, men to neutronstjerner. Desuden har de begge ledsagere: en stjerne ligner vores sol, den anden er som en lille blå nabo. Rumligt er disse par stjerner adskilt af en ret stor afstand og lever et selvstændigt liv. Men på stjernesfære de projiceres næsten til samme punkt, hvorfor de så længe blev betragtet som ét objekt. Disse fire stjerner er placeret i kuglehob M15 i en afstand af 34 tusind lysår.
Åbent spørgsmål
I alt har astronomer opdaget omkring 1.200 neutronstjerner til dato. Af disse er mere end 1.000 radiopulsarer, og resten er blot røntgenkilder. Gennem årenes forskning er forskere kommet til den konklusion, at neutronstjerner er rigtige originaler. Nogle er meget lyse og rolige, andre blusser periodisk op og ændrer sig med stjerneskælv, og andre eksisterer i binære systemer. Disse stjerner er blandt de mest mystiske og undvigende astronomiske objekter, der kombinerer de stærkeste gravitations- og magnetfelter og ekstreme tætheder og energier. Og hver ny opdagelse fra deres turbulente liv giver videnskabsmænd unik information, der er nødvendig for at forstå materiens natur og universets udvikling.
Universel standard
Send noget udenfor solsystem meget vanskeligt, derfor sendte jordboerne sammen med Pioneer-10 og -11 rumskibene på vej dertil for 30 år siden også beskeder til deres brødre i tankerne. At tegne noget, der ville være forståeligt for det udenjordiske sind, er desuden ikke en let opgave, det var også nødvendigt at angive afsendelsesadressen og datoen for afsendelse af brevet... Hvor tydeligt kunstnerne var i stand til at gøre alt dette, er svært; for en person at forstå, men selve ideen med at bruge radiopulsarer til at angive stedet og tidspunktet for afsendelse af beskeden er genial. Intermitterende stråler af forskellig længde, der udgår fra et punkt, der symboliserer Solen, angiver retningen og afstanden til pulsarerne tættest på Jorden, og intermittensen af linjen er intet andet end en binær betegnelse for deres omdrejningsperiode. Den længste stråle peger mod midten af vores Galaxy Mælkevej. Frekvensen af radiosignalet, der udsendes af et brintatom, når den indbyrdes orientering af spins (rotationsretning) af protonen og elektronen ændres, tages som tidsenhed i meddelelsen.
De berømte 21 cm eller 1420 MHz burde være kendt af alle intelligente væsener i universet. Ved at bruge disse vartegn, der peger på universets "radiofyrtårne", vil det være muligt at finde jordboere selv efter mange millioner år, og ved at sammenligne den registrerede frekvens af pulsarer med den nuværende, vil det være muligt at estimere, hvornår disse mand og kvinde velsignede den første flyvning rumskib, der forlod solsystemet.
Nikolaj Andreev
Dette er stjernen, der er tilbage efter en katastrofal eksplosion kæmpe stjerne.
Neutronstjerne
En gennemsnitlig stjerne som Solen er en million gange større end en planet som Jorden. Kæmpestjerner er 10 og nogle gange 1000 gange større end Solen i diameter. er en kæmpe stjerne komprimeret til størrelsen af en stor by.
Denne omstændighed gør en neutronstjernes opførsel meget mærkelig. Hver sådan stjerne har samme masse som en kæmpestjerne, men denne masse er komprimeret til et ekstremt lille volumen. En teskefuld neutronstjernestof vejer en milliard tons.
Her er hvordan det sker. Efter en stjerne eksploderer, bliver dens rester komprimeret af kraften gravitationskræfter. Forskere kalder denne proces for stjernekollaps. Efterhånden som kollapset skrider frem, øges tyngdekraften, og atomerne i stjernens stof presses tættere og tættere på hinanden. I i god stand atomer er placeret i betydelig afstand fra hinanden, fordi atomernes elektronskyer frastøder hinanden. Men efter eksplosionen af en kæmpestjerne bliver atomerne presset og komprimeret så tæt, at elektroner bogstaveligt talt presses ind i atomernes kerner.
Kernen i et atom består af protoner og neutroner. Elektroner klemt ind i kernen reagerer med protoner for at producere neutroner. Med tiden bliver alt stjernens stof til en kæmpe kugle af komprimerede neutroner. En neutronstjerne er født.
>En pulsar (lyserød) kan ses i midten af M82-galaksen.
Udforske pulsarer og neutronstjerner Universet: beskrivelse og karakteristika med fotos og videoer, struktur, rotation, tæthed, sammensætning, masse, temperatur, søgning.
Pulsarer
Pulsarer er sfæriske kompakte objekter, hvis dimensioner ikke går ud over grænsen stor by. Det overraskende er, at med et sådant volumen overstiger de solmassen med hensyn til masse. De bruges til at studere ekstreme tilstande af stof, detektere planeter uden for vores system og måle kosmiske afstande. Derudover hjalp de med at finde gravitationsbølger, der indikerer energiske hændelser, såsom supermassive kollisioner. Først opdaget i 1967.
Hvad er en pulsar?
Hvis du leder efter en pulsar på himlen, ser det ud til at være en almindelig blinkende stjerne, der følger en bestemt rytme. Faktisk flimrer eller pulserer deres lys ikke, og de fremstår ikke som stjerner.
Pulsaren producerer to vedvarende smalle lysstråler kl modsatte retninger. Den flimrende effekt skabes, fordi de roterer (beacon princip). I dette øjeblik rammer strålen Jorden og drejer derefter igen. Hvorfor sker dette? Faktum er, at lysstrålen fra en pulsar normalt ikke er på linje med dens rotationsakse.
Hvis blinkingen genereres ved rotation, afspejler pulsernes hastighed den hastighed, hvormed pulsaren drejer. I alt blev der fundet 2.000 pulsarer, hvoraf de fleste roterer en gang i sekundet. Men der er cirka 200 objekter, der formår at lave hundrede omdrejninger på samme tid. De hurtigste kaldes millisekunder, fordi deres antal omdrejninger pr. sekund er lig med 700.
Pulsarer kan ikke betragtes som stjerner, i det mindste "levende". De er snarere neutronstjerner, dannet efter at en massiv stjerne løber tør for brændstof og kollapser. Som et resultat skabes en stærk eksplosion - en supernova, og det resterende tætte materiale omdannes til en neutronstjerne.
Diameteren af pulsarer i universet når 20-24 km, og deres masse er dobbelt så stor som Solens. For at give dig en idé, vil et stykke af en sådan genstand på størrelse med en sukkerterning veje 1 milliard tons. Det vil sige, noget så tungt som Everest passer i din hånd! Sandt nok er der et endnu tættere objekt - et sort hul. Den mest massive når 2,04 solmasser.
Pulsarer har et stærkt magnetfelt, der er 100 millioner til 1 kvadrillion gange stærkere end Jordens. For at en neutronstjerne kan begynde at udsende lys som en pulsar, skal den have det rigtige forhold mellem magnetfeltstyrke og rotationshastighed. Det sker, at en stråle af radiobølger måske ikke passerer gennem synsfeltet på et jordbaseret teleskop og forbliver usynlig.
Radiopulsarer
Astrofysiker Anton Biryukov om neutronstjerners fysik, sænkning af rotation og opdagelsen af gravitationsbølger:
Hvorfor roterer pulsarer?
Langsomheden af en pulsar er en rotation i sekundet. De hurtigste accelererer til hundredvis af omdrejninger i sekundet og kaldes millisekund. Rotationsprocessen opstår, fordi stjernerne, som de blev dannet af, også roterede. Men for at nå den hastighed skal du bruge en ekstra kilde.
Forskere mener, at millisekunders pulsarer blev dannet ved at stjæle energi fra en nabo. Du bemærker muligvis tilstedeværelsen af et fremmed stof, der øger rotationshastigheden. Og det er ikke en god ting for den tilskadekomne ledsager, som en dag kunne blive helt opslugt af pulsaren. Sådanne systemer kaldes sorte enker (efter en farlig type edderkop).
Pulsarer er i stand til at udsende lys i flere bølgelængder (fra radio til gammastråler). Men hvordan gør de det? Forskere kan endnu ikke finde et præcist svar. Det menes, at en separat mekanisme er ansvarlig for hver bølgelængde. Beacon-lignende stråler er lavet af radiobølger. De er lyse og smalle og ligner sammenhængende lys, hvor partiklerne danner en fokuseret stråle.
Jo hurtigere rotation, jo svagere magnetfelt. Men rotationshastigheden er nok til, at de udsender stråler lige så lyse som langsomme.
Under rotation skaber magnetfeltet et elektrisk, som kan bringe ladede partikler i en mobil tilstand ( elektricitet). Området over overfladen, hvor magnetfeltet dominerer, kaldes magnetosfæren. Her accelereres ladede partikler til utrolig høje hastigheder på grund af stærke elektrisk felt. Hver gang de accelererer, udsender de lys. Det vises i optiske og røntgenområder.
Hvad med gammastråler? Forskning tyder på, at deres kilde bør søges andre steder i nærheden af pulsaren. Og de vil ligne en fan.
Søg efter pulsarer
Radioteleskoper er fortsat den vigtigste metode til at søge efter pulsarer i rummet. De er små og svage i forhold til andre objekter, så du skal scanne hele himlen og gradvist kommer disse objekter ind i linsen. De fleste blev fundet ved hjælp af Parkes Observatory i Australien. Mange nye data vil være tilgængelige fra Square Kilometer Array Antenna (SKA) fra og med 2018.
I 2008 blev GLAST-teleskopet opsendt, som fandt 2050 gammastråleudsendende pulsarer, hvoraf 93 var millisekunder. Dette teleskop er utrolig nyttigt, fordi det scanner hele himlen, mens andre kun fremhæver små områder langs flyet.
At finde forskellige bølgelængder kan være udfordrende. Faktum er, at radiobølger er utrolig kraftige, men de falder måske simpelthen ikke ind i teleskoplinsen. Men gammastråling spreder sig over mere af himlen, men er ringere i lysstyrke.
Forskere kender nu til eksistensen af 2.300 pulsarer, fundet gennem radiobølger og 160 gennem gammastråler. Der er også 240 millisekunders pulsarer, hvoraf 60 producerer gammastråler.
Brug af pulsarer
Pulsarer er ikke bare fantastiske rumobjekter, men også nyttige værktøjer. Det udsendte lys kan fortælle meget om interne processer. Det vil sige, at forskere er i stand til at forstå neutronstjernernes fysik. Disse genstande har så højt tryk, at stoffets adfærd adskiller sig fra det sædvanlige. Det mærkelige indhold af neutronstjerner kaldes "nuklear pasta".
Pulsarer giver mange fordele på grund af deres pulsers præcision. Forskere ved det specifikke objekter og opfatter dem som et kosmisk ur. Sådan begyndte spekulationer om tilstedeværelsen af andre planeter at dukke op. Faktisk kredsede den første exoplanet, der blev fundet, om en pulsar.
Glem ikke, at pulsarer fortsætter med at bevæge sig, mens de "blinker", hvilket betyder, at de kan bruges til at måle kosmiske afstande. De var også involveret i at teste Einsteins relativitetsteori, ligesom øjeblikke med tyngdekraft. Men pulsationens regelmæssighed kan blive forstyrret af gravitationsbølger. Dette blev bemærket i februar 2016.
Pulsar kirkegårde
Gradvist bremses alle pulsarer. Strålingen drives af det magnetiske felt, der skabes af rotationen. Som et resultat mister den også sin kraft og holder op med at sende stråler. Forskere har tegnet en særlig streg, hvor gammastråler stadig kan detekteres foran radiobølger. Så snart pulsaren falder under, bliver den afskrevet på pulsar-kirkegården.
Hvis en pulsar blev dannet af supernova-rester, så har den en enorm energireserve og hurtig hastighed rotation. Som eksempler kan nævnes det unge objekt PSR B0531+21. Den kan forblive i denne fase i flere hundrede tusinde år, hvorefter den begynder at miste fart. Midaldrende pulsarer udgør størstedelen af befolkningen og producerer kun radiobølger.
En pulsar kan dog forlænge sin levetid, hvis der er en satellit i nærheden. Så vil den trække sit materiale ud og øge rotationshastigheden. Sådanne ændringer kan forekomme når som helst, hvorfor pulsaren er i stand til at genfødes. En sådan kontakt kaldes et lavmasserøntgen-binært system. De ældste pulsarer er millisekunder. Nogle når milliarder af år.
Neutronstjerner
Neutronstjerner- nok mystiske genstande, der overstiger solmassen med 1,4 gange. De er født efter eksplosionen af større stjerner. Lad os lære disse formationer bedre at kende.
Når en stjerne 4-8 gange mere massiv end Solen eksploderer, er der tilbage en kerne med stor tæthed, som fortsætter med at kollapse. Tyngdekraften presser så hårdt på et materiale, at det får protoner og elektroner til at smelte sammen til neutroner. Sådan bliver en neutronstjerne med høj tæthed født.
Disse massive genstande kan nå en diameter på kun 20 km. For at give dig en idé om tæthed, ville kun en scoop neutronstjernemateriale veje en milliard tons. Tyngdekraften på et sådant objekt er 2 milliarder gange stærkere end Jordens, og kraften er nok til gravitationslinser, hvilket gør det muligt for forskere at se stjernens bagside.
Stødet fra eksplosionen efterlader en puls, der får neutronstjernen til at snurre og når flere omdrejninger i sekundet. Selvom de kan accelerere op til 43.000 gange i minuttet.
Grænselag nær kompakte genstande
Astrofysiker Valery Suleymanov om fremkomsten af tilvækstskiver, stjernevind og stof omkring neutronstjerner:
Det indre af neutronstjerner
Astrofysiker Sergei Popov om ekstreme tilstande af stof, sammensætningen af neutronstjerner og metoder til at studere interiøret:
Når en neutronstjerne er en del af et binært system, hvor en supernova er eksploderet, er billedet endnu mere imponerende. Hvis den anden stjerne er ringere end Solen i masse, trækker den følgesvendens masse ind i "Roche-lappen". Dette er en sfærisk sky af materiale, der kredser om en neutronstjerne. Hvis satellitten var 10 gange større end solmassen, så er masseoverførslen også justeret, men ikke så stabil. Materialet flyder langs de magnetiske poler, opvarmes og skaber røntgenpulseringer.
I 2010 var der fundet 1.800 pulsarer ved hjælp af radiodetektion og 70 ved hjælp af gammastråler. Nogle eksemplarer havde endda planeter.
Typer af neutronstjerner
Nogle repræsentanter for neutronstjerner har stråler af materiale, der flyder næsten med lysets hastighed. Når de flyver forbi os, blinker de som lyset fra et fyr. På grund af dette kaldes de pulsarer.