Τα πιο ακραία αστέρια του σύμπαντος μας βιώνουν μερικές φορές δυσλειτουργίες — τώρα ίσως ξέρουμε γιατί

By | December 7, 2023

Μια απεικόνιση ενός αστέρα νετρονίων με εκρήξεις ύλης που εκτοξεύονται.

Οι επιστήμονες μπορούν επιτέλους να κατανοήσουν τη δυναμική των «αστοχιών» αστεριών νετρονίων που συμβαίνουν όταν αυτά τα εξαιρετικά πυκνά νεκρά αστέρια επιταχύνουν ξαφνικά την περιστροφή τους. Φαίνεται ότι η παράξενη συμπεριφορά μπορεί να προκληθεί όταν μικρές δίνες στροβιλιζόμενου εσωτερικού υλικού «σπάνε την επιφάνεια» αυτών των έντονων αστρικών πτωμάτων.

Η νέα ανακάλυψη στην κατανόηση της συμπεριφοράς των άστρων νετρονίων προέρχεται με ενδιαφέροντα από μια ενοποιημένη ομάδα αστροφυσικών και κβαντικών φυσικών –οι οποίοι συνήθως μελετούν τις αλληλεπιδράσεις που διέπουν τον υποατομικό κόσμο– μελετώντας μια εξωτική μορφή ύλης εδώ στη Γη.

Μια καλύτερη κατανόηση των σφαλμάτων των άστρων νετρονίων θα μπορούσε να αποκαλύψει περισσότερα για την εσωτερική τους σύνθεση και τις κινήσεις τους, δίνοντας έτσι στους επιστήμονες ένα παράθυρο σε ένα αντικείμενο που αποτελείται από την πιο μοναδική και παράξενη μορφή ύλης στο σύμπαν. Τα αστέρια νετρονίων, στην ουσία, αποτελούνται σχεδόν αποκλειστικά από νετρόνια, γι’ αυτό και είναι τόσο πυκνά.

«Η έρευνά μας δημιουργεί μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ της κβαντικής μηχανικής και της αστροφυσικής και παρέχει μια νέα προοπτική για την εσωτερική φύση των άστρων νετρονίων», δήλωσε η Έλενα Πόλι, επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας και ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ. είπε σε δήλωση.

Σχετίζεται με: Το πείραμα κβαντικής χημείας στον ISS δημιουργεί την εξωτική πέμπτη κατάσταση της ύλης

Φέρνοντας αστέρια νετρονίων στη Γη

Τα αστέρια νετρονίων σχηματίζονται όταν τα τεράστια αστέρια «πεθαίνουν» και οι αστρικοί πυρήνες τους, με μάζα μεταξύ μίας και δύο φορές μεγαλύτερης αυτής του Ήλιου, καταρρέουν σε πλάτος μόλις 20 χιλιομέτρων. Αυτό είναι μια απολύτως τεράστια μείωση σε μέγεθος. Η πλούσια σε νετρόνια ύλη που αποτελείται από αστέρια νετρονίων είναι τόσο πυκνή που ένας απλός κύβος ζάχαρης θα ζύγιζε περίπου 1 δισεκατομμύριο τόνους στη Γη – περίπου 150 φορές το βάρος της Μεγάλης Πυραμίδας της Γκίζας.

Αυτό το υπερβολικό βάρος, σε συνδυασμό με την τεράστια απόσταση από αυτά τα αστρικά πτώματα, σημαίνει ότι είναι απίθανο να μπορέσουμε να φέρουμε πίσω δείγματα άστρων νετρονίων για μελέτη στη Γη. Ωστόσο, η διεπιστημονική ομάδα κατάφερε στην πραγματικότητα να φέρει τη μελέτη των άστρων νετρονίων «κάτω στη Γη» προσομοιώνοντας αριθμητικά ένα αστέρι νετρονίων χρησιμοποιώντας έναν υποκατάστατο με τη μορφή υπερψυχών διπολικών ατόμων – μια εξωτική φάση μαγνητικών αερίων με αρνητικά φορτισμένο άτομο συζευγμένο σε ένα θετικά φορτισμένο άτομο σε μεγάλες αποστάσεις.

Η φωτεινότητα των άστρων νετρονίων μπορεί να υποδηλώνει ότι η ύλη κάτω από την επιφάνεια αυτών των αντικειμένων υπάρχει με τη μορφή ενός υπερρευστού, μιας ουσίας που μοιάζει με υγρό αλλά έχει μηδενικό ιξώδες – ένα μέτρο της αντίστασης που έχει ένα ρευστό στην αλλαγή σχήματος ή μορφής. . .

Τα υγρά υψηλού ιξώδους, όπως το μέλι ή το κρύο σιρόπι σφενδάμου, ρέουν αργά και μπορούν ακόμη και να λειτουργήσουν σαν στερεά. Σκεφτείτε, σκληρό φυστικοβούτυρο ή ακόμα και ποτήρι. Τα ρευστά χαμηλού ιξώδους, από την άλλη πλευρά, ρέουν πιο γρήγορα. Αλλά μηδενικό ιξώδες Τα υπερρευστά είναι μια άλλη ιστορία. Περιστρέφονται με τη μορφή πολυάριθμων μικρών περιστρεφόμενων στροβίλων, όλες μεταφέροντας μέρος της γωνιακής ορμής του συστήματος.

Ένας βασικός παράγοντας σε αυτή τη συμπεριφορά, και επομένως ένα ζωτικό στοιχείο της αποτυχίας του αστέρα νετρονίων, θα ήταν μια κατάσταση που εμφανίζει κρυσταλλικές, υπερρευστές ιδιότητες – το λεγόμενο «υπερστερεό». Εάν τα αστέρια νετρονίων έδειχναν αυτή τη συμπεριφορά καθώς περιστρέφονται, συχνά τόσο γρήγορα όσο εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο, θα εμφανίζονταν αστοχίες καθώς εκρήγνυνται δίνες από τον εσωτερικό φλοιό του άστρου – το υπερρευστό – στον στερεό, κρυσταλλικό εξωτερικό φλοιό του. Αυτές οι ιπτάμενες δίνες θα έφεραν μαζί τους μια γωνιακή ορμή που θα αύξανε την ταχύτητα περιστροφής του εξωτερικού στρώματος του άστρου.

Σχετικές ιστορίες:

– Ο «κυματιστής χωροχρόνος» θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η βαρύτητα δεν υπακούει στους κβαντικούς κανόνες

– Ο ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων LIGO σπάει το «κβαντικό όριο» για να βρει συγκρούσεις μαύρης τρύπας στο βαθύ σύμπαν

— Μυστηριώδεις εκρήξεις ακτινοβολίας θα μπορούσαν να προέρχονται από «σεισμικά αστέρια» σε αστέρια νετρονίων

Αυτή η υπερστερεά φάση προκλήθηκε σε υπερψυχρά διπολικά άτομα Ερβίου (Er) και Δυσπροσίου (Dy) από μια ομάδα με επικεφαλής τη Francesca Ferlaino από το Πανεπιστήμιο του Innsbruck, επίσης συγγραφέα αυτού του έργου.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι τα ρήγματα μπορούν πράγματι να συμβούν σε υπερψυχρά υπερστερεά, τα οποία είναι ανάλογα με τα μεγαλύτερα, πιο ακραία ρήγματα που επιδεικνύονται από αστέρια νετρονίων. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι πραγματικά υπερρευστές δίνες που μεταφέρουν τη γωνιακή ορμή στην επιφάνεια αυτών των άστρων είναι που τα κάνουν να φαίνονται ελαττωματικά.

Η προσέγγιση που αναπτύχθηκε από τη διεπιστημονική ομάδα θα διερευνηθεί τώρα με περισσότερες λεπτομέρειες, διερευνώντας τον μηχανισμό αστοχίας με περισσότερες λεπτομέρειες, καθώς και πώς μπορεί να εξαρτάται από την ποιότητα του υπερστερεού υλικού. Η μελέτη θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στη δημιουργία ενός νέου τρόπου για τη διερεύνηση των αστρικών υπολειμμάτων, όπως τα αστέρια νετρονίων, στο εργαστήριο για άλλους σκοπούς.

«Αυτή η έρευνα δείχνει μια νέα προσέγγιση για την απόκτηση γνώσεων σχετικά με τη συμπεριφορά των άστρων νετρονίων και ανοίγει νέους δρόμους για κβαντική προσομοίωση αστρικών αντικειμένων σε εργαστήρια χαμηλής ενέργειας στη Γη», κατέληξε ο Ferlaino.

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε τον Νοέμβριο στο περιοδικό Επιστολές φυσικής ανασκόπησης.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *