Cantarirea unei stele neutronice dezvaluie fizica ciudata din interior

Stelele neutronice sunt unele dintre cele mai extreme obiecte din univers. Formate din nucleele prabusite ale stelelor supergigante, ele cantaresc mai mult decat Soarele nostru si totusi sunt comprimate intr-o sfera de dimensiunea unui oras.

Miezurile dense ale acestor stele exotice contin materie comprimata in stari unice pe care nu le putem replica si studia pe Pamant.

De aceea, oamenii de stiinta au misiunea de a studia stelele cu neutroni si de a afla despre fizica care guverneaza materia din interiorul lor.

Astfel, ei au folosit semnale radio de la o stea neutronica care se invarte rapid pentru a-i masura masa.

Acest lucru le-a permis cercetatorilor care lucreaza cu datele NASA sa masoare raza stelei, care, la randul sau, ne-a oferit cele mai precise informatii de pana acum despre materia ciudata din interior.

Ce se afla in interiorul unei stele neutronice?

Materia din miezul stelelor neutronice este chiar mai densa decat nucleul unui atom. Fiind cea mai densa forma stabila de materie din univers, ea este comprimata la limita si pe punctul de a se prabusi intr-o gaura neagra.

Intelegerea modului in care materia se comporta in aceste conditii este un test cheie al teoriilor noastre ale fizicii fundamentale.

Misiunea NASA Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER) incearca sa rezolve misterele acestei probleme extreme.

NICER este un telescop cu raze X de pe Statia Spatiala Internationala. Detecteaza razele X care provin din punctele fierbinti de pe suprafata stelelor neutronice, unde temperaturile pot atinge milioane de grade.

Cercetatorii modeleaza timpul si energiile acestor raze X pentru a mapa punctele fierbinti si pentru a determina masa si dimensiunea stelelor neutronice.

Stiind modul in care dimensiunile stelelor neutronice se raporteaza la masele lor, va dezvalui „ecuatia de stare” a materiei din nucleele lor.

Acest lucru le spune oamenilor de stiinta cat de moale sau tare – cat de „stransa” este steaua neutronica si, prin urmare, din ce este facuta.

O ecuatie de stare mai usoara ar sugera ca neutronii din miez se descompun intr-o supa exotica de particule mai mici. O ecuatie de stare mai grea ar putea insemna ca neutronii rezista, ceea ce duce la stele neutronice mai mari.

Ecuatia de stare dicteaza, de asemenea, cum si cand stelele neutronice sunt dezintegrate atunci cand se ciocnesc.

Rezolvarea misterului cu ajutorul stelei neutronice vecine

Una dintre tintele principale ale lui NICER este o stea neutronica numita PSR J0437-4715, care este cel mai apropiat si mai stralucitor pulsar in milisecunde.

Un pulsar este o stea neutronica care emite fascicule de unde radio pe care le observam ca un impuls de fiecare data cand steaua neutronica se roteste.

Acest pulsar special se roteste de 173 de ori pe secunda (la fel de repede ca un blender). Il observam de aproape 30 de ani cu Murriyang, radiotelescopul Parkes al CSIRO din New South Wales.

Echipa de cercetare care lucreaza cu date NICER s-a confruntat cu o provocare pentru acest pulsar. Razele X provenind dintr-o galaxie din apropiere au facut dificila modelarea cu precizie a punctelor fierbinti de pe suprafata stelei neutronice.

Din fericire, am putut folosi undele radio pentru a gasi o masuratoare independenta a masei pulsarului. Fara aceasta informatie cruciala, echipa nu ar fi recuperat masa corecta.

Cantarirea unei stele neutronice – totul este despre sincronizare

Pentru a masura masa stelei neutronice, ne bazam pe un efect descris de teoria relativitatii generale a lui Einstein, numit intarziere Shapiro.

Obiectele masive si dense, cum ar fi pulsarii – si in acest caz steaua ei insotitoare, o pitica alba – deformeaza spatiul si timpul. Pulsarul si acest insotitor se orbiteaza unul pe altul o data la 5,74 zile.

Cand impulsurile de la pulsar calatoresc catre noi in spatiu-timpul comprimat din jurul piticii albe, ele sunt intarziate cu microsecunde.

Astfel de intarzieri de microsecunde de la pulsari precum PSR J0437-4715 sunt usor de masurat cu Murriyang.

Acest pulsar, precum si alti pulsari de milisecunde ca acesta, sunt observati in mod regulat de proiectul Parkes Pulsar Timing Array, care foloseste acesti pulsari pentru a detecta undele gravitationale.

Deoarece PSR J0437-4715 este relativ aproape de noi, orbita sa pare sa se clatine usor din punctul nostru de vedere pe masura ce Pamantul se misca in jurul Soarelui.

Aceasta clatinare ne ofera mai multe detalii despre geometria orbitei. Folosim acest lucru impreuna cu intarzierea Shapiro pentru a gasi masele companionului pitic alb si ale pulsarului.

Masa si dimensiunea lui PSR J0437-4715

Cercetatorii au calculat ca masa acestui pulsar este tipica unei stele neutronice, la 1,42 ori masa Soarelui nostru.

Acest lucru este important pentru ca dimensiunea acestui pulsar ar trebui sa fie si dimensiunea unei stele neutronice tipice.

Oamenii de stiinta care lucreaza cu datele NICER au reusit apoi sa determine geometria punctelor fierbinti cu raze X si sa calculeze ca raza stelei neutronice este de 11,4 kilometri.

Aceste rezultate ofera cel mai precis punct de ancorare gasit pana acum pentru ecuatia de stare a stelei neutronice la densitati intermediare.

Noua noastra imagine exclude deja cele mai moi si mai dure ecuatii de stare a stelei neutronice. Oamenii de stiinta vor continua sa decodeze exact ce inseamna acest lucru pentru prezenta materiei exotice in nucleele interioare ale stelelor neutronice.

Teoriile sugereaza ca aceasta problema poate include quarci care au scapat de casele lor normale in interiorul particulelor mai mari sau particule rare cunoscute sub numele de hiperoni.

Aceste noi date se adauga unui model emergent de interioare a stelelor neutronice, care a fost, de asemenea, informat de observatiile undelor gravitationale de la ciocnirea stelelor neutronice si o explozie asociata numita kilonova.

Murriyang are o lunga istorie de asistenta in misiunile NASA si a fost folosit ca receptor principal de filmari pentru cea mai mare parte a plimbarii lunare Apollo 11.

Acum, am folosit acest telescop iconic pentru a „cantari” fizica interioarelor stelelor neutronice, avansand intelegerea noastra fundamentala a universului.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

---

Sursa: sciencealert.com, astronomy.com, phys.org.

Foto: Carl Knox/Swinburne/OzGrav, ICRAR/University of Amsterdam, Casey Reed/ Penn State University.

---

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.