Τα όρια της ύλης στους αστέρες νετρονίων

H κατάσταση της ύλης στους πυρήνες των άστρων νετρονίων δεν έχει κατανοηθεί πλήρως

Tο NICER ( Neutron star Interior Composition Explorer) είναι ένα τηλεσκόπιο ακτίνων X της NASA που βρίσκεται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Σκοπός του είναι να βοηθήσει τους φυσικούς να κατακτήσουν τις καρδιές των άστρων νετρονίων, τα υπολείμματα τεράστιων άστρων που εξερράγησαν ως σουπερνόβα. Οι αστροφυσικοί θέλουν να κατανοήσουν τη φύση της ύλης μέσα σε αυτά τα αντικείμενα, που βρίσκονται στα όρια της κατάρρευσης προς μαύρες τρύπες. Αλλά για να γίνει αυτό, απαιτούνται ακριβείς μετρήσεις των μαζών και των μεγεθών τους, και εκεί βρίσκεται η συνεισφορά του NICER. Η ύλη στον πυρήνα των άστρων νετρονίων φτάνει στην πιο ακραία μορφή που μπορούμε να μετρήσουμε. Το NICER έδειξε ότι αυτή η μυστηριώδης κατάσταση της ύλης είναι λιγότερο συμπιεστή από ό,τι προβλεπόταν.

Το εύρημα αυτό βασίζεται στις παρατηρήσεις του PSR J0740 + 6620 (για συντομία J0740), το πιο γνωστό άστρο νετρονίων, το οποίο βρίσκεται σε απόσταση 3600 έτη φωτός από τη Γη, στον αστερισμό της Καμηλοπάρδαλης. Το J0740, που αποτελεί το ένα μέλος ενός δυαδικού συστήματος (το δεύτερο μέλος είναι λευκός νάνος), εκτελεί 346 στροφές ανά δευτερόλεπτο. Παλαιότερες μετρήσεις έδειχναν ότι η μάζα του J0740 είναι περίπου 2,1 φορές η μάζα του Ήλιου.

Στην επιφάνεια ενός άστρου νετρονίων υπάρχει μια ατμόσφαιρα από υδρογόνο ή ήλιο πάνω από τον φλοιό βαρύτερων στοιχείων. Περίπου ένα μίλι πιο κάτω είναι ο εξωτερικός πυρήνας, όπου τα άτομα καταρρέουν στα δομικά τους στοιχεία: νετρόνια, πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Εδώ, η τεράστια πίεση κάνει τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν μια θάλασσα κυρίως νετρονίων – με πυκνότητα έως και διπλάσια της πυκνότητας των ατομικών πυρήνων.

Αλλά ποια είναι η κατάσταση της ύλης στον εσωτερικό πυρήνα; Είναι νετρόνια παντού ή τα νετρόνια διασπώνται στα συστατικά τους, τα κουάρκ;

Στα παραδοσιακά μοντέλα ενός τυπικού άστρου νετρονίων, με περίπου 1,4 φορές τη μάζα του Ήλιου, οι φυσικοί αναμένουν ότι ο εσωτερικός πυρήνας θα συνίσταται κυρίως από νετρόνια. Η μικρότερη πυκνότητα διασφαλίζει ότι τα νετρόνια απέχουν μεταξύ τους παραμένοντας άθικτα, κάτι που συνεπάγεται μια εσωτερική ασυμπιεστότητα και ένα μεγαλύτερου μεγέθους άστρο.

Σε πιο μεγάλα άστρα νετρονίων όπως το J0740, η πυκνότητα του εσωτερικού πυρήνα είναι πολύ μεγαλύτερη, και τα νετρόνια συνθλίβονται πλησιάζοντας μεταξύ τους. Δεν είναι σαφές εάν τα νετρόνια μπορούν να παραμείνουν άθικτα υπό αυτές τις συνθήκες ή αν διασπώνται προς τα συστατικά τους κουάρκ. Οι θεωρητικοί υποπτεύονται ότι διαλύονται υπό την πίεση, αλλά παραμένουν πολλά ερωτήματα σχετικά με τις λεπτομέρειες. Για να πάρουν απαντήσεις, είναι απαραίτητη μια ακριβής μέτρηση του μεγέθους ενός πολύ μεγάλου άστρου νετρονίων. Ένα μικρότερο άστρο θα ευνοούσε σενάρια όπου τα κουάρκ περιφέρονται ελεύθερα στον πυρήνα, γιατί τα μικρότερα σωματίδια μπορούν να συμπιεστούν σε κοντινότερες αποστάσεις. Ένα μεγαλύτερο άστρο θα ευνούσε την παρουσία πιο περίπλοκων μορφών ύλης.

Δύο ερευνητικές ομάδες χρησιμοποίησαν διαφορετικές προσεγγίσεις όσον αφορά την διάμετρο του J0740, καταλήγοντας σε 24,8 χιλιόμετρα και 27,4 χιλιόμετρα, αντίστοιχα. Τα δύο αποτελέσματα αλληλεπικαλύπτονται από τις αβεβαιότητές τους.

Το αποτέλεσμα για τον J0740, σε συνδυασμό με μια προηγούμενη μέτρηση του NICER για το πάλσαρ J0030 + 0451, αλλά και άλλων παρατηρήσεων, απορρίπτουν μοντέλα περισσότερο συμπιέσιμων άστρων νετρονίων, συμπεριλαμβανομένων των περιπτώσεων όπου το εσωτερικό τους θεωρείται ως μια θάλασσα κουάρκ. Η μάζα και το μέγεθος του J0740 δημιουργούν επίσης προβλήματα και στα λιγότερο συμπιέσιμα μοντέλα, τα οποία τείνουν να είναι πολύ πλούσια σε νετρόνια.

Τα τελευταία θεωρητικά μοντέλα προτείνουν κάποιες εναλλακτικές λύσεις, όπως άστρα νετρονίων με εσωτερικούς πυρήνες που περιέχουν ένα μείγμα νετρονίων, πρωτονίων και εξωτικής ύλης από κουάρκ ή νέους συνδυασμούς κουάρκ. Οι μελλοντικές παρατηρήσεις του NICER θα βοηθήσουν τους φυσικούς ή να βρουν το σωστό θεωρητικό μοντέλο ή να απορρίψουν οριστικά μερικά από αυτά.

δείτε το σχετικό βίντεο της NASA:

διαβάστε περισσότερα: NASA’s NICER Probes the Squeezability of Neutron Stars



Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ

Ετικέτες: , ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: