We begrijpen neutronensterren niet echt. Oh, we weten dat ze zijn - het zijn de overgebleven overblijfselen van enkele van de meest massieve sterren in het universum - maar het onthullen van hun innerlijke werking is een beetje lastig, omdat de fysica die ze in leven houdt slechts slecht wordt begrepen.
Maar af en toe breken twee neutronensterren samen, en als ze dat doen, hebben ze de neiging op te blazen en hun kwantumdarmen de hele ruimte uit te spuwen. Afhankelijk van de interne structuur en samenstelling van de neutronensterren, zal de "ejecta" (de beleefde wetenschappelijke term voor astronomisch projectiel braaksel) er anders uitzien voor ons Aardgebonden waarnemers, wat ons een grove maar potentieel krachtige manier geeft om deze exotische wezens te begrijpen.
Neutron Star Nougat
Zoals je misschien al geraden had, zijn neutronensterren gemaakt van neutronen. Nou ja, meestal. Ze hebben ook een aantal protonen die erin zwemmen, wat belangrijk is voor later, dus ik hoop dat je je dat herinnert.
Neutronensterren zijn de overgebleven kernen van enkele echt grote sterren. Wanneer die gigantische sterren aan het einde van hun leven komen, beginnen ze lichtere elementen te smelten tot ijzer en nikkel. Het zwaartekrachtsgewicht van de rest van de ster blijft die atomen samen verpletteren, maar die fusiereacties produceren niet langer overtollige energie, wat betekent dat niets de ster ervan weerhoudt rampzalig op zichzelf in te storten.
In de kern worden de drukken en dichtheden zo extreem dat willekeurige elektronen in protonen worden geduwd, waardoor ze in neutronen veranderen. Zodra dit proces is voltooid (wat minder dan een dozijn minuten duurt), heeft deze gigantische bol van neutronen eindelijk de middelen om verdere ineenstorting te weerstaan. De rest van de ster stuitert tegen die nieuw gesmede kern en blaast op in een prachtige supernova-explosie, waarbij de kern achterblijft: de neutronenster.
Spirals Of Doom
Dus zoals ik al zei, neutronensterren zijn gigantische bollen van neutronen, met tonnen materiaal (een paar zonnen waard!) Gepropt in een volume dat niet groter is dan een stad. Zoals je je misschien kunt voorstellen, zijn de interieurs van deze exotische wezens vreemd, mysterieus en complex.
Vormen de neutronen zich in lagen en vormen ze kleine structuren? Zijn de diepe interieurs een dikke soep van neutronen die steeds vreemder en vreemder worden, hoe dieper je gaat? Maakt dat plaats voor nog vreemdere dingen? Hoe zit het met de aard van de korst - de buitenste laag gepakte elektronen?
Er zijn veel onbeantwoorde vragen over neutronensterren. Maar gelukkig gaf de natuur ons een manier om erin te turen.
Klein nadeel: we moeten wachten tot twee neutronensterren botsen voordat we de kans krijgen om te zien waar ze van gemaakt zijn. Herinner je je GW170817 nog? Dat doe je eigenlijk - het was de grote ontdekking van zwaartekrachtsgolven die uitgaan van twee botsende neutronensterren, samen met een groot aantal snelle observaties van telescopen door het hele elektromagnetische spectrum.
Al deze gelijktijdige observaties gaven ons het meest complete beeld tot nu toe van de zogenaamde kilonovasof krachtige uitbarstingen van energie en straling van deze extreme gebeurtenissen. De specifieke aflevering van GW170817 was de enige die ooit werd opgemerkt met gravitatiegolfdetectoren, maar zeker niet de enige die in het universum gebeurde.
Een neutronenhoop
Wanneer neutronensterren botsen, wordt het heel snel rommelig. Wat het bijzonder rommelig maakt, is de kleine populatie protonen die op de loer ligt in de meestal neutronenneutronenster. Vanwege hun positieve lading en de supersnelle rotatie van de ster zelf, kunnen ze een ongelooflijk sterk magnetisch veld creëren (in sommige gevallen de krachtigste magnetische velden in het hele universum) en die magnetische velden spelen een aantal slechte spelletjes.
In de nasleep van een botsing met een neutronenster blijven de aan flarden gescheurde overblijfselen van de dode sterren in een snelle baan om elkaar heen draaien, waarbij een deel van hun ingewanden zich uitbreidt in een gigantische explosiegolf, gevoed door de energie van de crash.
Het resterende wervelende materiaal vormt snel een schijf, met die schijf door sterke magnetische velden geschroefd. En wanneer sterke magnetische velden zich in snel roterende schijven bevinden, beginnen ze zichzelf in te vouwen en te versterken, waardoor ze nog sterker worden. Door een proces dat niet helemaal wordt begrepen (omdat de fysica, net als het scenario, een beetje rommelig wordt), wikkelen deze magnetische velden zich nabij het midden van de schijf en leiden materiaal naar buiten en weg van het systeem helemaal: een straal.
De stralen, één bij elke pool, schieten naar buiten en dragen straling en deeltjes ver van het kosmische auto-ongeluk. In een recent artikel onderzocht de onderzochte vorming en levensduur van de jet, waarbij vooral zorgvuldig werd gekeken hoe lang het duurt voordat een jet zich vormt na de eerste botsing. Het blijkt dat de details van het jetlanceermechanisme afhangen van de inwendige inhoud van de originele neutronensterren: als je de structuur van neutronensterren verandert, krijg je verschillende botsingsverhalen en verschillende handtekeningen in de eigenschappen van de jets.
Met meer gruwelijke waarnemingen van kilonova's kunnen we misschien nog enkele van deze modellen onderscheiden en leren wat neutronensterren echt tikt.
Lees meer: "Uitstroom van jet-cocons door fusies van neutronensterren: structuur, lichtkrommen en fundamentele fysica"
