Barfing Neutronensterne enthüllen ihre inneren Eingeweide

Wir verstehen Neutronensterne nicht wirklich. Oh, wir wissen, dass sie sind – Sie sind die Überreste einiger der massereichsten Sterne im Universum – aber ihre inneren Funktionen zu enthüllen ist ein bisschen schwierig, weil die Physik, die sie am Leben hält, nur schlecht verstanden wird.

Aber hin und wieder zerschlagen zwei Neutronensterne, und wenn sie es tun, neigen sie dazu, in die Luft zu jagen und ihre Quantenmärme über den ganzen Raum zu spucken. Abhängig von der inneren Struktur und Zusammensetzung der Neutronensterne wird das „Ejekta“ (der höfliche wissenschaftliche Begriff für astronomisches Projektil-Erbrochenes) für uns erdgebundene Beobachter anders aussehen und uns eine grobe, aber potenziell mächtige Möglichkeit bieten, diese exotischen Kreaturen zu verstehen.

Neutronenstern Nougat

Wie Sie vielleicht erraten haben, bestehen Neutronensterne aus Neutronen. Meistens. Sie haben auch einige Protonen in sich, was für später wichtig ist, also hoffe ich, dass Sie sich daran erinnern.

Neutronensterne sind die übrig gebliebenen Kerne einiger wirklich großer Sterne. Wenn diese riesigen Sterne sich dem Ende ihres Lebens nähern, beginnen sie, leichtere Elemente zu Eisen und Nickel zu verschmelzen. Das Gravitationsgewicht des restlichen Sterns zerschmettert diese Atome weiterhin, aber diese Fusionsreaktionen erzeugen keine überschüssige Energie mehr, was bedeutet, dass nichts den Stern daran hindert, weiterhin katastrophal in sich zusammenzufallen.

Im Kern werden die Drücke und Dichten so extrem, dass zufällige Elektronen in Protonen geschoben werden und diese in Neutronen verwandeln. Sobald dieser Prozess abgeschlossen ist (was weniger als ein Dutzend Minuten dauert), hat diese riesige Neutronenkugel endlich das Nötigste, um einem weiteren Zusammenbruch zu widerstehen. Der Rest des Sterns prallt von diesem neu geschmiedeten Kern ab und explodiert in einer wunderschönen Supernova-Explosion, wobei der Kern zurückbleibt: der Neutronenstern.

Spiralen des Schicksals

Wie ich bereits sagte, sind Neutronensterne riesige Kugeln aus Neutronen, mit Tonnen von Material (ein paar Sonnen wert!) In einem Volumen, das nicht größer als eine Stadt ist. Wie Sie sich vorstellen können, sind die Innenräume dieser exotischen Kreaturen seltsam, mysteriös und komplex.

Bilden die Neutronen Schichten und bilden kleine Strukturen? Sind die tiefen Innenräume eine dicke Neutronensuppe, die immer seltsamer wird, je tiefer Sie gehen? Weicht das noch seltsameren Dingen? Was ist mit der Natur der Kruste – der äußersten Schicht gepackter Elektronen?

Es gibt viele unbeantwortete Fragen, wenn es um Neutronensterne geht. Aber zum Glück gab uns die Natur die Möglichkeit, in sie hineinzuschauen.

Kleiner Nachteil: Wir müssen warten, bis zwei Neutronensterne kollidieren, bevor wir sehen können, woraus sie bestehen. Erinnerst du dich an GW170817? Sie tun es tatsächlich – es war die große Entdeckung von Gravitationswellen, die von zwei kollidierenden Neutronensternen ausgehen, zusammen mit einer Vielzahl von Beobachtungen von Schnellfeuerteleskopen über das elektromagnetische Spektrum.

Alle diese gleichzeitigen Beobachtungen gaben uns das bisher vollständigste Bild von sogenannten Kilonovasoder starke Energie- und Strahlungsstöße von diesen extremen Ereignissen. Die spezielle Episode von GW170817 war die einzige, die jemals mit Gravitationswellendetektoren gefangen wurde, aber sicherlich nicht die einzige, die im Universum passiert ist.

Eine Neutronenhoffnung

Wenn Neutronensterne kollidieren, werden die Dinge sehr schnell chaotisch. Was die Dinge besonders chaotisch macht, ist die kleine Population von Protonen, die im Neutronenstern mit den meisten Neutronen herum lauert. Aufgrund ihrer positiven Ladung und der superschnellen Rotation des Sterns selbst können sie ein unglaublich starkes Magnetfeld (in einigen Fällen die stärksten Magnetfelder im gesamten Universum) erzeugen, und diese Magnetfelder spielen einige böse Spiele.

Nach einer Neutronensternkollision wirbeln die zerfetzten Überreste der toten Sterne in einer schnellen Umlaufbahn weiter umeinander, wobei sich einige ihrer Eingeweide in einer titanischen Druckwelle ausdehnen, die von der Energie des Absturzes angetrieben wird.

Das verbleibende wirbelnde Material bildet schnell eine Scheibe, wobei diese Scheibe von starken Magnetfeldern durchzogen ist. Und wenn sich starke Magnetfelder in schnell rotierenden Scheiben befinden, falten sie sich in sich zusammen und verstärken sich, wobei sie noch stärker werden. Durch einen Prozess, der nicht vollständig verstanden wurde (weil die Physik wie das Szenario etwas chaotisch wird), wickeln sich diese Magnetfelder in der Nähe der Mitte der Scheibe und des Trichtermaterials aus dem System heraus und von diesem weg: einem Strahl.

Die Jets, einer an jedem Pol, schießen nach außen und tragen Strahlung und Partikel weit weg vom kosmischen Autounfall. In einem kürzlich erschienenen Artikel untersuchten die Forscher die Bildung und Lebensdauer des Jets, wobei sie besonders genau untersuchten, wie lange es dauert, bis sich ein Jet nach der ersten Kollision bildet. Es stellt sich heraus, dass die Details des Jet-Start-Mechanismus vom inneren Inhalt der ursprünglichen Neutronensterne abhängen: Wenn Sie die Struktur der Neutronensterne ändern, erhalten Sie unterschiedliche Kollisionsgeschichten und unterschiedliche Signaturen in den Eigenschaften der Jets.

Mit grausameren Beobachtungen von Kilonovas können wir möglicherweise noch einige dieser Modelle erkennen und lernen, was Neutronensterne wirklich zum Ticken bringt.

Lesen Sie mehr: „Jet-Cocoon-Abflüsse aus Neutronensternfusionen: Struktur, Lichtkurven und grundlegende Physik“

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