Αστέρια νετρονίων κάνουν λόφους μυρμηγκιών από βουνά

Οι επιφάνειες των άστρων νετρονίων μπορεί να έχουν βουνά, αν και δεν έχουν ύψος μεγαλύτερο από χιλιοστά, αποκάλυψε νέα έρευνα. Η μικροσκοπική κλίμακα των βουνών αστεριών νετρονίων είναι αποτέλεσμα της έντονης βαρύτητας που παράγεται από αυτά τα αστρικά υπολείμματα που είναι τα δεύτερα πιο πυκνά αντικείμενα στο Σύμπαν μετά τις μαύρες τρύπες.

Επειδή τα αστέρια νετρονίων έχουν τη μάζα ισοδύναμη με ένα αστέρι όπως ο Ήλιος συμπιεσμένο σε διάμετρο που είναι περίπου όσο μια πόλη στη Γη –περίπου 10 km– έχουν βαρυτική έλξη στην επιφάνειά τους που είναι έως και 40.000 δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερη από τη γήινη .

Αυτό πιέζει χαρακτηριστικά σε αυτήν την επίπεδη επιφάνεια, δημιουργώντας σχεδόν τέλειες σφαίρες. Ωστόσο, η νέα έρευνα, που παρουσιάστηκε στο National Astronomy Meeting 2021, δείχνει ότι αυτά τα αστρικά υπολείμματα έχουν κάποιες μικροσκοπικές τοπολογικές παραμορφώσεις, ανάλογες με τα βουνά στην επιφάνεια ενός πλανήτη.

Το εύρημα ήταν αποτέλεσμα πολύπλοκης μοντελοποίησης υπολογιστή από μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Fabian Gittins του Πανεπιστημίου του Southhampton. Το Ph.D. η ομάδα του μαθητή προσομοίωσε ένα ρεαλιστικό άστρο νετρονίων και στη συνέχεια υπολόγισε τις δυνάμεις που δρουν σε αυτό. Αυτό που πραγματικά δείχνει η έρευνα είναι πόσο καλά τα αστέρια νετρονίων μπορούν να υποστηρίξουν αποκλίσεις από μια τέλεια σφαίρα χωρίς ο φλοιός της να τεντώνεται πέρα ​​από το σημείο θραύσης.

Αυτό αποκάλυψε πώς θα μπορούσαν να δημιουργηθούν βουνά σε τόσο πυκνά αστρικά υπολείμματα και έδειξε ότι τέτοια Οι σχηματισμοί δεν θα ήταν μεγαλύτεροι από ένα κλάσμα του χιλιοστού.

«Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, υπήρξε μεγάλο ενδιαφέρον για την κατανόηση του πόσο μεγάλα μπορεί να είναι αυτά τα βουνά πριν σπάσει ο φλοιός του αστέρα νετρονίων και το βουνό δεν μπορεί πλέον να υποστηριχθεί», λέει ο Gittins. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν πώς τα αστέρια νετρονίων είναι πραγματικά εντυπωσιακά σφαιρικά αντικείμενα. "Επιπλέον, προτείνουν ότι η παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων από περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων μπορεί να είναι ακόμη πιο δύσκολη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως."

Ο σχηματισμός βουνών έχει διαμορφωθεί για αστέρια νετρονίων στο παρελθόν, αλλά αυτά τα νέα ευρήματα υποδηλώνουν ότι τέτοια χαρακτηριστικά θα ήταν εκατοντάδες φορές μικρότερα από τα βουνά λίγων εκατοστών που είχαν προβλεφθεί προηγουμένως. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτά τα παλαιότερα μοντέλα έφτασαν το φλοιό των άστρων νετρονίων στο όριο του σημείου θραύσης σε κάθε σημείο. κάτι που σύμφωνα με την ενημερωμένη έρευνα είναι λιγότερο από ρεαλιστικό.

Τα αστέρια νετρονίων σχηματίζονται όταν τα τεράστια αστέρια τελειώνουν από καύσιμα για να ενεργοποιήσουν την πυρηνική σύντηξη. Αυτό σημαίνει ότι η δύναμη προς την εξισορρόπηση έναντι της έλξης της βαρύτητας προς τα μέσα ακυρώνεται και οδηγεί στη βαρυτική κατάρρευση του άστρου. Κατά τη διάρκεια αυτής της κατάρρευσης, το τεράστιο αστέρι εκτοξεύει το εξωτερικό του υλικό σε εκρήξεις σουπερνόβα και αφήνοντας πίσω του έναν πυρήνα από υπερπυκνό υλικό. Αυτό το αστρικό υπόλειμμα προστατεύεται από περαιτέρω κατάρρευση –και με τη σειρά του, να γίνει μαύρη τρύπα– μόνο από τις κβαντομηχανικές ιδιότητες του πλούσιου σε νετρόνια υλικού που το συνθέτει.

Το εύρημα μπορεί να έχει συνέπειες που υπερβαίνουν τη μοντελοποίηση των άστρων νετρονίων. Οι μικροσκοπικές παραμορφώσεις στην επιφάνεια των ταχέως περιστρεφόμενων άστρων νετρονίων που ονομάζονται πάλσαρ θα μπορούσαν να εκτοξεύσουν βαρυτικά κύματα – τους μικροσκοπικούς κυματισμούς στο χωροχρόνο που προβλέπονται από τη γενική σχετικότητα και ανιχνεύονται εδώ στη Γη από τη συνεργασία LIGO/Virgo.

Δυστυχώς, όσο ακριβές και ευαίσθητο κι αν είναι το συμβολόμετρο λέιζερ LIGO, δεν είναι ακόμα αρκετά ισχυρό για να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα που εκτοξεύονται από αυτά τα βουνά σαν μυρμηγκοφωλιά. Είναι πιθανό ότι οι μελλοντικές αναβαθμίσεις σε αυτούς τους ανιχνευτές που βασίζονται στη Γη και οι εξελίξεις, όπως ο ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα LISA, θα μπορούσαν να καταστήσουν δυνατή την παρατήρηση της επίδρασης αυτών των μικροσκοπικών προσκρούσεων.