Картины поверхности для различных крутильных мод. нажмите, чтобы увеличить
Мощный взрыв на поверхности нейтронной звезды дал астрономам возможность заглянуть внутрь ее поверхности, подобно тому, как геологи понимают структуру Земли под нашими ногами. Взрыв сотряс нейтронную звезду и заставил ее звенеть, как колокол. Затем вибрации проходили через слои различной плотности - слякотные или твердые - изменяя поток рентгеновских лучей. Астрономы подсчитали, что его толщина более 1,6 км (1 миля), что соответствует теоретическим оценкам.
Американско-немецкая группа ученых из Института астрофизики им. Макса Планка и НАСА использовала рентгеновский анализатор времени Росси для оценки глубины коры нейтронной звезды, самого плотного объекта, известного во Вселенной. Говорят, что кора имеет глубину около 1,6 км и настолько плотно упакована, что чайная ложка этого материала будет весить около 10 миллионов тонн на Земле.
Это измерение, первое в своем роде, было получено благодаря мощному взрыву нейтронной звезды в декабре 2004 года. Вибрации от взрыва показали подробности о составе звезды. Техника аналогична сейсмологии, изучению сейсмических волн от землетрясений и взрывов, которые раскрывают структуру земной коры и ее внутренности.
Этот новый метод сейсмологии позволяет исследовать внутреннее пространство нейтронной звезды, место больших загадок и спекуляций. Давление и плотность здесь настолько сильны, что ядро может содержать экзотические частицы, которые, как считается, существовали только в момент Большого взрыва.
Доктор Анна Уоттс из Института астрофизики Макса Планка в Гархинге провела это исследование в сотрудничестве с доктором Тодом Штромайером из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
«Мы считаем, что этот взрыв, самый большой в своем роде, когда-либо наблюдавшийся, действительно потряс звезду и буквально начал ее звенеть, как колокол», - сказал Штромайер. «Вибрации, создаваемые при взрыве, хотя и слабые, дают очень конкретные подсказки о том, из чего сделаны эти странные объекты. Как и колокол, кольцо нейтронной звезды зависит от того, как волны проходят через слои различной плотности, слякотные или твердые ».
Нейтронная звезда - это ядро останков звезды, в несколько раз более массивных, чем Солнце. Нейтронная звезда содержит около 1,4 солнечных масс материала, втиснутого в сферу шириной всего около 20 километров. Эти два ученых исследовали нейтронную звезду по имени SGR 1806-20, которая расположена приблизительно в 40 000 световых лет от Земли в созвездии Стрельца. Объект находится в подклассе высокомагнитных нейтронных звезд, называемых магнитарами.
27 декабря 2004 года на поверхности SGR 1806-20 произошел беспрецедентный взрыв, самое яркое событие, когда-либо наблюдавшееся за пределами нашей солнечной системы. Взрыв, названный гипер вспышкой, был вызван внезапным изменением мощного магнитного поля звезды, которое расколола корку, вероятно, вызвав сильное звездное землетрясение. Это событие было обнаружено многими космическими обсерваториями, в том числе Rossi Explorer, который наблюдал излучение рентгеновского излучения.
Штромайер и Уоттс считают, что колебания являются свидетельством глобальных крутильных колебаний в звездной коре. Эти колебания аналогичны S-волнам, наблюдаемым во время земных землетрясений, как волны, движущиеся по веревке. Их исследование, основанное на наблюдениях за вибрациями из этого источника доктором Джан Лукой Исраэль из Национального института астрофизики Италии, обнаружило несколько новых частот во время гипер вспышки.
Впоследствии Уоттс и Штромайер подтвердили свои измерения с помощью солнечного спектроскопического тепловизора NASA Ramaty, солнечной обсерватории, которая также зарегистрировала гипер вспышку, и нашли первые свидетельства высокочастотных колебаний на частоте 625 Гц, свидетельствующих о том, что волны пересекают кору по вертикали.
Обилие частот - подобно аккорду, в отличие от одной ноты - позволило ученым оценить глубину коры нейтронной звезды. Это основано на сравнении частот от волн, распространяющихся вокруг звездной коры, и от радиальных, проходящих через нее. Диаметр нейтронной звезды является неопределенным, но, по оценкам в поперечнике около 20 км, глубина коры составит около 1,6 км. Эта цифра, основанная на наблюдаемых частотах, соответствует теоретическим оценкам.
Сейсмология Starquake имеет большие перспективы для определения многих свойств нейтронных звезд. Штромайер и Уоттс проанализировали архивные данные Росси, полученные из диммерного магнитного всплеска 1998 года (из SGR 1900 + 14), и обнаружили здесь также контрольные колебания, хотя и недостаточно сильные для определения толщины коры.
Более крупный взрыв нейтронной звезды, обнаруженный в рентгеновских лучах, может раскрыть более глубокие секреты, такие как природа вещества в ядре звезды. Одна захватывающая возможность состоит в том, что ядро может содержать свободные кварки. Кварки являются строительными блоками протонов и нейтронов, и в нормальных условиях всегда тесно связаны между собой. Поиск доказательств свободных кварков поможет понять истинную природу материи и энергии. Лаборатории на Земле, включая массивные ускорители частиц, не могут генерировать энергии, необходимые для обнаружения свободных кварков.
«Нейтронные звезды - отличные лаборатории для изучения экстремальной физики», - сказал Уоттс. «Мы хотели бы иметь возможность взломать один из них, но, поскольку этого, вероятно, не произойдет, наблюдение за эффектом гипер-вспышки магнетара на нейтронной звезде, возможно, является следующей лучшей вещью».
Первоисточник: Общество Макса Планка
