Звычайная нейтронная зорка - адна з самых шчыльных калекцый матэрыі ў Сусвеце, але існуе верхняя мяжа іх масы. Перавысіце яго, і нейтронная зорка будзе далей разбурацца, утвараючы чорную дзірку. Малюнак: ESO / Луіс Калькада.

Спытайце ў Ітана: Як ўплывае на спінінг на форму пульсараў?

Яны самыя хуткія рататары з усіх. Дык наколькі яны скажоныя?

У Сусвеце вельмі мала аб'ектаў, якія стаяць на месцы; амаль усё, што мы ведаем, нейкім чынам круціцца. Мы ведаем, што кожны месяц, планета і зорка круцяцца на ўласнай восі, а значыць, у нашай фізічнай рэчаіснасці няма такой ідэальнай сферы. Паколькі аб'ект у гідрастатычным раўнавазе круціцца, ён выпінаецца на экватары пры сцісканні на полюсах. Наша ўласная Зямля - ​​гэта яшчэ 26 міль (42 км) даўжэй па яе экватарыяльнай восі, чым яе палярная вось, дзякуючы раздражненні раз у дзень, і ёсць шмат рэчаў, якія круцяцца хутчэй. Што з аб'ектамі, якія круцяцца хутчэй? Вось што хоча ведаць наш прыхільнік Patreon Джэйсан Маккампбел:

[S] ome pulsars маюць неверагодныя хуткасці спінавання. Колькі гэта скажае аб'ект і ці можа ён праліць матэрыял такім чынам, альбо гравітацыя ўсё яшчэ здольная прывязаць увесь матэрыял да прадмета?

Ёсць абмежаванне ў тым, як хутка ўсё можа круціцца, і хоць пульсары не выключэнне, некаторыя з іх сапраўды выключныя.

Пульсар Велы, як і ўсе пульсары, з'яўляецца прыкладам трупа нейтроннай зоркі. Газ і рэчыва, якія атачаюць яго, даволі часта сустракаюцца і здольныя забяспечваць палівам для імпульсіўных паводзін гэтых нейтронных зорак. Малюнак: NASA / CXC / PSU / Г.Паўлаў і інш.

Пульсары, альбо якія верцяцца нейтронныя зоркі, валодаюць аднымі з самых неверагодных уласцівасцей любога аб'екта Сусвету. Утворана пасля звышновай, дзе ядро ​​руйнуецца да цвёрдага шара нейтронаў, які перавышае масу Сонца, але ў дыяметры ўсяго некалькіх кіламетраў, нейтронныя зоркі - самая шчыльная вядомая форма матэрыі з усіх. Хоць іх і называюць «нейтроннымі зоркамі», яны толькі каля 90% нейтронаў, таму, калі яны круцяцца, зараджаныя часціцы, якія ўваходзяць у іх склад, рухаюцца хутка, ствараючы вялікае магнітнае поле. Калі навакольныя часціцы ўваходзяць у гэтае поле, яны паскараюцца, ствараючы струмень выпраменьвання, які выходзіць з палюсоў нейтроннай зоркі. І калі адзін з гэтых полюсаў паказвае на нас, мы бачым "пульс" пульсара.

Пульсар, створаны з нейтронаў, мае знешнюю абалонку пратонаў і электронаў, якія ствараюць надзвычай моцнае магнітнае поле ў трыльёны разоў, чым у нашага Сонца на паверхні. Звярніце ўвагу, што вось спіна і магнітная вось некалькі няроўныя. Крэдыт малюнка: Mysid з Wikimedia Commons / Рой Смітс.

Большасць нейтронных зорак для нас не падаюцца пульсарамі, бо большасць з іх не супадае з намі. Гэта можа быць так, што ўсе нейтронныя зоркі з'яўляюцца пульсарамі, але мы бачым толькі невялікую долю іх на самай справе імпульсуе. Тым не менш, існуе велізарная колькасць перыядаў вярчэння, якія можна назіраць у спінінг-нейтронных зорках, якія можна назіраць.

На гэтым вобразе ядра крамяністасці Краба, маладой, масіўнай зоркі, якая нядаўна загінула ад уражлівага выбуху звышновай, паказаны гэтыя характэрныя пульсацыі з-за наяўнасці імпульснай, хутка якая верціцца нейтроннай зоркі: пульсара. Усяго 1000 гадоў гэты малады пульсар, які круціцца 30 разоў у секунду, характэрны для звычайных пульсараў. Малюнак: NASA / ESA.

Звычайныя пульсары, у якія ўваходзіць пераважная большасць маладых пульсараў, займаюць ад некалькіх сотых секунды да некалькіх секунд, каб зрабіць поўнае кручэнне, у той час як старыя, хутчэйшыя, "мілісекундныя" пульсары круцяцца значна хутчэй. Самы хуткі вядомы пульсар круціцца 766 разоў у секунду, а самым павольным, які калі-небудзь выяўляўся, у цэнтры 2000-гадовага астатку звышновай RCW 103, патрабуецца неверагодныя 6,7 гадзін, каб зрабіць поўнае кручэнне вакол сваёй восі.

Вельмі павольна круціцца нейтронная зорка ў ядры астатку звышновай RCW 103 таксама з'яўляецца магнітам. У 2016 годзе новыя дадзеныя з розных спадарожнікаў пацвердзілі гэта як найбольш павольную верціцца нейтронную зорку, якую калі-небудзь знаходзілі. Малюнак: рэнтген: NASA / CXC / Універсітэт Амстэрдама / N.Rea et al; Аптычны: DSS.

Пару гадоў таму была ілжывая гісторыя, што павольна круціцца зорка стала самым сферычным аб'ектам, вядомым чалавецтву. Наўрад ці! Хоць Сонца вельмі блізка да ідэальнай сферы, усяго на 10 км даўжэй у сваёй экватарыяльнай плоскасці, чым палярны кірунак (або ўсяго на 0,0007% ад ідэальнай сферы), новая вымераная зорка, KIC 11145123, больш чым удвая большая Сонца, але розніца складае ўсяго 3 км паміж экватарам і палюсамі.

Зорка, якая найбольш павольна круціцца, пра якую мы ведаем, Kepler / KIC 1145123, адрозніваецца палярным і экватарыяльным дыяметрам усяго на 0,0002%. Але нейтронныя зоркі могуць быць значна, значна больш плоскімі. Малюнак: Ларан Гізон і інш. / Марк Гарлік.

Нягледзячы на ​​тое, што адступленне ад дасканалай сферычнасці 0,0002% даволі добра, усё павольная нейтронная зорка, вядомая як 1E 1613, перамагла іх. Калі ён дыяметрам каля 20 кіламетраў, розніца паміж экватарыяльным і палярным радыусамі роўная прыблізна радыусу адзінкавага пратона: менш, чым адзін трыльён, 1% плоскасці. Гэта значыць, калі мы можам быць упэўнены, што менавіта дынаміка кручэння нейтроннай зоркі дыктуе яе форму.

Але гэта можа быць не так, і гэта надзвычай важна, калі мы глядзім на другі бок манеты: на самыя хутка якія верцяцца нейтронныя зоркі.

У нейтроннай зоркі вельмі мала і нізкая агульная свяцільнасць, але яна вельмі гарачая і патрабуецца шмат часу, каб астыць. Калі б вашы вочы былі дастаткова добрымі, вы б бачылі, як яно ззяе ў мільёны разоў цяперашнюю эпоху Сусвету. Малюнак: ESO / L. Кальчада.

Нейтронавыя зоркі валодаюць неверагодна моцнымі магнітнымі палямі, з нармальнымі нейтроннымі зоркамі паступае прыблізна 100 мільярдаў Гаўса, а самыя магутныя магніты - ад дзесьці 100-100000000 да Гаўса. (Для параўнання, магнітнае поле Зямлі складае каля 0,6 Гаус.) Пакуль кручэнне працуе, каб згладзіць нейтронную зорку ў форму, вядомую як сфераідальны сфероід, магнітныя палі павінны мець зваротны эфект, падаўжаючы нейтронную зорку ўздоўж восі, якая верціцца ў футбольная форма, вядомая як пролат-сфероід.

Сфероідная вобласць (L) і пралатавая (R), якія маюць агульную плоскую або выцягнутую форму, якія могуць набыць сферы ў залежнасці ад сіл, якія дзейнічаюць на іх. Малюнак: Ag2gaeh / Wikimedia Commons.

З прычыны абмежавання гравітацыйнай хвалі мы ўпэўненыя, што нейтронныя зоркі дэфармуюцца менш чым на 10–100 сантыметраў ад сваёй вярчальна абумоўленай формы, а значыць, яны цалкам шарападобныя ў межах прыблізна 0,0001%. Але сапраўдных дэфармацый павінна быць значна менш. Самая хуткая нейтронная зорка круціцца з частатой 766 Гц, альбо за перыяд усяго 0,0013 секунды.

Хоць існуе шмат спосабаў паспрабаваць разлічыць плоскасць нават самай хуткай нейтроннай зоркі, без узгодненага раўнання, нават гэтая неверагодная хуткасць, калі экватарыяльная паверхня рухаецца прыблізна на 16% ад хуткасці святла, прывядзе да уплощения толькі 0,0000001%, аддайце ці прымайце парадак ці два. І гэта нідзе не дабягае хуткасці; усё, што знаходзіцца на паверхні нейтроннай зоркі, застаецца там.

У апошнія моманты зліцця дзве нейтронныя зоркі не проста выпраменьваюць гравітацыйныя хвалі, але і катастрафічны выбух, які гучыць па ўсім электрамагнітным спектры і забівае цяжкія элементы да самага высокага канца перыядычнай табліцы. Малюнак: Універсітэт Уорыка / Марк Гарлік.

Аднак, калі дзве нейтронныя зоркі зліліся, гэта, магчыма, паслужыла самым экстрэмальным прыкладам верціцца нейтроннай зоркі (пасля зліцця), з якім мы калі-небудзь сутыкаліся. Згодна з нашымі стандартнымі тэорыямі, гэтыя нейтронныя зоркі павінны былі абваліцца ў чорную дзірку за пэўную масу: прыблізна ў 2,5 разы масу Сонца. Але калі гэтыя нейтронныя зоркі хутка круцяцца, яны могуць заставацца ў стане нейтроннай зоркі некаторы час, пакуль энергія не выпраменьваецца гравітацыйнымі хвалямі, каб дасягнуць гэтай крытычнай нестабільнасці. Гэта можа павялічыць масу дапушчальнай нейтроннай зоркі, прынамсі, часова, да дадатковых 10–20%.

Калі мы назіралі зліццё нейтроннай зоркі-нейтроннай зоркі і гравітацыйныя хвалі ад яе, менавіта так мы лічым, што адбылося.

Такім чынам, пасля зліцця, якая хуткасць кручэння нейтроннай зоркі? Наколькі скажоная была яго форма? І якія тыпы гравітацыйных хваль наогул выпраменьваюць зоркі нейтронных злучэнняў пасля зліцця?

Тое, як мы прыйдзем да адказу, ўключае ў сябе спалучэнне вывучэння дадатковых падзей у розных дыяпазонах мас: ніжэй камбінаванай масы 2,5 сонечных мас (там, дзе вы павінны атрымаць стабільную нейтронную зорку), паміж 2,5 і 3 сонечнымі масамі (напрыклад, падзея, якую мы бачылі, дзе вы атрымліваеце часовую нейтронную зорку, якая становіцца чорнай дзіркай), і вышэй 3 сонечных мас (куды вы ідзяце непасрэдна ў чорную дзірку) і вымярэння светлавых сігналаў. Мы таксама даведаемся больш, хутчэй нагнаўшы фазу ўдыху і зможам загадзя паказаць крыніцу да зліцця. Паколькі LIGO / Дзева і іншыя гравітацыйныя дэтэктары хваляў прыходзяць у Інтэрнэт і становяцца больш адчувальнымі, у гэтым мы станем лепш і лепш.

Ілюстрацыя мастака дзвюх злітых нейтронных зорак. Бінарныя нейтронныя зорныя сістэмы таксама натхняюцца і зліваюцца, але бліжэйшая арбітальная пара, якую мы знайшлі, не зліецца, пакуль не пройдзе амаль 100 мільёнаў гадоў. LIGO, хутчэй за ўсё, знойдзе шмат іншых. Крэдыт на малюнак: NSF / LIGO / Універсітэт Санома / А. Сіманет.

Да гэтага ведайце, што нейтронныя зоркі, нягледзячы на ​​тое, што можна падумаць ад іх хуткага кручэння, надзвычай цвёрдыя з-за сваёй неперасягненай шчыльнасці. Нават з вельмі моцнымі магнітнымі палямі і іх рэлятывісцкімі кручэннямі яны, хутчэй за ўсё, больш дасканалыя сферы, чым усё астатняе, што мы макраскапічна сустракалі ва ўсім Сусвеце. Калі асобныя часціцы не апынуцца больш дасканалымі сферамі (і яны могуць), самыя павольна якія верцяцца нейтронныя зоркі з найменшым магнітным полем - гэта месцы, дзе можна шукаць самыя шаровыя, натуральна сустракаюцца аб'екты з усіх. З цягам часу вы трапляеце ў даўгавечную стабільную нейтронную зорку, і ўсё, што яна будзе рабіць з часам, павольна мяняе хуткасць кручэння. На гэтым усё, наколькі мы можам сказаць, застаецца.

Дасылайце пытанні, якія задаюць Ітана, на startwithabang па адрасе gmail dot com!

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".