Nötron yıldızlarının iç kısımlarına yeni sınırlar koymak

Dünyada kopyalanamayan ortamları nasıl anlayabiliriz? Bu, astrofizikçilerin her zaman karşılaştığı bir zorluktur. Bazı durumlarda, büyük ölçüde, iyi anlaşılmış fiziğin aşırı koşullara nasıl uygulanacağını bulmak ve ardından bu denklemlerin çıktılarını gözlemlerle karşılaştırmak meselesidir. Ancak bunun dikkate değer istisnası, ilgili denklemlerin oldukça zorlaştığı ve gözlemlerin fazla ayrıntı sağlamadığı nötron yıldızıdır.

Bu nedenle, bu nesnelerin yüzeyinin yakınında neredeyse saf bir nötron tabakası olduğundan emin olsak da, en iç derinliklerinde ne olabileceğinden tam olarak emin değiliz.

Bu hafta Nature, bizi anlamaya daha da yakınlaştırmaya çalışan bir çalışma yayınlıyor. Bize bir cevap vermiyor – hala çok fazla belirsizlik var. Ancak bilim insanlarının çok çeşitli kaynaklardan nasıl veri alıp bu belirsizlikleri azaltmaya başlayabilecekleri sürecine bakmak için harika bir fırsat.

Peki ya nötronlar?

Nötron yıldızlarını oluşturan madde, büyük bir yıldızın çekirdeğinin yakınında iyonize atomlar olarak başlar. Bir yıldızın füzyon reaksiyonları, yerçekimi kuvvetine karşı koymak için yeterli enerjiyi üretmeyi bıraktığında, bu malzeme büzülür ve artan basınçlara maruz kalır. Ezme kuvveti, atom çekirdekleri arasındaki sınırları ortadan kaldırmak için yeterlidir ve dev bir proton ve nötron çorbası yaratır. Sonunda, bölgedeki elektronlar bile birçok proton oluşturmaya zorlanır ve onları nötronlara dönüştürür.

Bu nihayet yerçekiminin ezici kuvvetini sıkıştırmak için bir kuvvet sağlar. Kuantum mekaniği, nötronların yakın mesafede aynı enerji durumunu işgal etmesini engeller ve bu da nötronların yakınlaşmasını engeller ve böylece bir kara deliğe çökmesini önler. Ancak bir nötron kütlesi ile bir kara delik arasında, nötronlar arasındaki sınırların çökmeye başladığı ve kendilerini oluşturan kuarkların garip kümeleriyle sonuçlandığı bir ara durum olması mümkündür.

Bu tür etkileşimler, kuarkları protonlara ve nötronlara bağlayan ve daha sonra bu protonları ve nötronları bir atomun çekirdeğine bağlayan güçlü kuvvete tabidir. Ne yazık ki, aşırı kuvvet içeren hesaplamalar, hesaplama açısından çok pahalıdır. Sonuç olarak, onları bir nötron yıldızında bulunan türde enerji ve yoğunluklarla çalıştırmaları mümkün değildir.

Ama bu sıkışıp kaldığımız anlamına gelmez. İlgili enerjilerde hesaplanabilecek kuvvetli kuvvetin kabaca tahminlerine sahibiz. Bunlar bizi büyük bir belirsizlikle karşı karşıya bırakırken, bu belirsizlikleri azaltmak için çeşitli ampirik kanıtları kullanmak mümkündür.

Bir nötron yıldızına nasıl bakarsınız?

Nötron yıldızları, kütlelerine göre inanılmaz derecede kompakttır ve yalnızca yaklaşık 20 km genişliğindeki bir nesnenin içinde Güneş’in kütlesinden daha fazla bir kütleyi sıkıştırır. Bildiğimiz en yakın şey yüzlerce ışıkyılı uzaklıkta ve çoğu çok daha uzakta. Yani, bu şeylerin tasvir edilme şekliyle pek bir şey yapmak imkansız gibi görünüyor, değil mi?

Tam olarak değil. Birçok nötron yıldızı diğer vücut sistemlerindedir – bazı durumlarda bir nötron yıldızı. Bu iki nesnenin birbirlerinin yörüngelerini etkileme şekli bize bir nötron yıldızının kütlesi hakkında çok şey söyleyebilir. NASA’nın ayrıca Uluslararası Uzay İstasyonuna bağlı özel bir nötron yıldızı gözlemevi vardır. NICER (Nutron Star Interior Composition Explorer), dönen nötron yıldızlarının ayrıntılı görüntülerini elde etmek için bir dizi X-ışını teleskopu kullanır. Bu, bir dosyayı izlemek gibi şeyler yapmasına izin verdi. Bireysel etkin nokta davranışı yıldızın yüzeyinde.

Ve bu iş için en önemlisi, NICER. Uzay-zaman bozulma algılama büyük nötron yıldızlarının etrafında ve bunu boyutlarının makul derecede doğru bir tahminini oluşturmak için kullanın. Bir nötron yıldızının kütlesinin katı bir tahminiyle birleştirilirse, yoğunluğu bulmak ve onu saf nötronlardan beklediğiniz yoğunluk türüyle karşılaştırmak mümkündür.

Ancak nötron yıldızlarının oluşumunu değerlendirmek söz konusu olduğunda sadece fotonlarla sınırlı değiliz. Son yıllarda , nötron yıldızı birleşmesi Yerçekimi dalgaları ile tespit edilen bu sinyalin kesin detayları, birleşmeyi yapan yıldızların özelliklerine bağlıdır. Bu nedenle, bu birleşmeler ayrıca bazı potansiyel nötron yıldızı modellerini ekarte etmeye yardımcı olabilir.