Мы действительно не понимаем нейтронные звезды. О, мы знаем, что они находятся - они - остатки некоторых из самых массивных звезд во вселенной, - но раскрыть их внутреннюю работу немного сложно, потому что физика, которая поддерживает их в жизни, плохо изучена.
Но время от времени две нейтронные звезды разбиваются вместе, и когда они это делают, они имеют тенденцию взрываться, извергая свои квантовые кишки по всему пространству. В зависимости от внутренней структуры и состава нейтронных звезд, «выброс» (вежливый научный термин для астрономической метательной снаряда) будет выглядеть для нас, связанных с Землей наблюдателей, по-другому, давая нам грубый, но потенциально мощный способ понять эти экзотические существа.
Нейтронная Звезда Нуга
Как вы уже догадались, нейтронные звезды состоят из нейтронов. Ну, в основном. У них также есть несколько протонов, плавающих внутри них, что важно на будущее, поэтому я надеюсь, что вы помните это.
Нейтронные звезды - это остатки некоторых действительно больших звезд. Когда эти гигантские звезды приближаются к концу своей жизни, они начинают смешивать легкие элементы с железом и никелем. Гравитационный вес остальной части звезды продолжает разбивать эти атомы вместе, но эти реакции синтеза больше не производят избыточную энергию, что означает, что ничто не мешает звезде продолжать катастрофически разрушаться в себе.
В ядре давление и плотность становятся настолько экстремальными, что случайные электроны попадают внутрь протонов, превращая их в нейтроны. Как только этот процесс завершится (что занимает менее дюжины минут), этот гигантский шар нейтронов наконец-то сможет противостоять дальнейшему коллапсу. Остальная часть звезды отскакивает от этого недавно сформированного ядра и взрывается в результате красивого взрыва сверхновой звезды, оставляя позади ядро: нейтронную звезду.
Спирали Судьбы
Итак, как я уже сказал, нейтронные звезды - это гигантские шары нейтронов с тоннами материала (стоимостью в несколько солнечных!), Втиснутыми в объем, не превышающий город. Как вы можете себе представить, интерьеры этих экзотических существ странные, загадочные и сложные.
Делают ли нейтроны сгустки в слои и образуют небольшие структуры? Являются ли глубокие интерьеры густым супом нейтронов, который становится все более странным, чем глубже вы идете? Это уступает даже более странным вещам? А как насчет природы коры - внешнего слоя упакованных электронов?
Есть много вопросов без ответов, когда дело доходит до нейтронных звезд. Но, к счастью, природа дала нам возможность заглянуть внутрь них.
Небольшой недостаток: нам нужно дождаться столкновения двух нейтронных звезд, прежде чем мы получим возможность увидеть, из чего они сделаны. Вы помните GW170817? Вы действительно это делаете - это было большое открытие гравитационных волн, исходящих от двух сталкивающихся нейтронных звезд, наряду с множеством наблюдений за быстродействующим телескопом по всему электромагнитному спектру.
Все эти одновременные наблюдения дали нам наиболее полную картину так называемых kilonovasили мощные всплески энергии и излучения от этих экстремальных явлений. Особый эпизод GW170817 был единственным, когда-либо пойманным с детекторами гравитационных волн, но, конечно, не единственным, который случился во вселенной.
Нейтронная надежда
Когда нейтронные звезды сталкиваются, все очень быстро запутывается. Что делает вещи особенно беспорядочными, так это небольшая популяция протонов, скрывающаяся внутри нейтронной звезды, состоящей в основном из нейтронов. Из-за их положительного заряда и сверхбыстрого вращения самой звезды они способны создавать невероятно сильное магнитное поле (в некоторых случаях самые мощные магнитные поля во всей вселенной), и эти магнитные поля играют в некоторые злые игры.
После столкновения с нейтронной звездой оборванные остатки мертвых звезд продолжают кружиться вокруг друг друга на быстрой орбите, а некоторые из их недр расширяются в виде гигантской взрывной волны, подпитываемой энергией аварии.
Оставшийся вихревой материал быстро образует диск, причем этот диск пронизан сильными магнитными полями. И когда сильные магнитные поля оказываются внутри быстро вращающихся дисков, они начинают складываться и усиливаться, становясь еще сильнее. В процессе, который не совсем понятен (поскольку физика, как и сценарий, становится немного беспорядочной), эти магнитные поля оказываются вблизи центра диска и воронкообразного материала, выходящего из системы в целом: струи.
Джеты, по одному на каждом полюсе, взрываются наружу, унося радиацию и частицы вдали от космической автомобильной аварии. В недавней работе исследователи исследовали образование и время жизни струи, особенно внимательно наблюдая за тем, сколько времени требуется для образования струи после первоначального столкновения. Оказывается, что детали механизма запуска струи зависят от внутреннего содержимого исходных нейтронных звезд: если вы измените структуру нейтронных звезд, вы получите разные истории столкновений и разные подписи в свойствах струй.
С более ужасными наблюдениями за килоновами мы все же могли бы различить некоторые из этих моделей и узнать, что делает нейтронные звезды действительно тикающими.
Подробнее: «Истечение реактивного кокона из слияния нейтронных звезд: структура, кривые блеска и фундаментальная физика»
