تلسکوپ ها، شتاب دهنده ها و LIGO برای کاوش در ستارگان نوترونی متحد می شوند

فیزیکدانان با ترکیب مشاهدات آشکارسازهای امواج گرانشی و تلسکوپ های معمولی با نتایج تجربی از شتاب دهنده های ذرات، چارچوبی برای درک بهتر ماده فوق چگال درون ستارگان نوترونی ایجاد کرده اند.

نتایج، از تیمی به رهبری سابرینا هوث از Technische Universität Darmstadt آلمان و تسون هو (پیتر) پانگ از دانشگاه اوترخت در هلند، نشان می دهد که بسیاری از ستارگان نوترونی فشار انحطاط بیشتری را نسبت به پیش بینی ها در فضای داخلی خود تجربه می کنند. در نتیجه، برخی از ستارگان نوترونی دارای شعاع بزرگتر از حد انتظار هستند - نتیجه ای که قبلاً در مشاهدات توسط ستاره به آن اشاره شده بود. ماموریت کاوشگر ترکیب داخلی ستاره نوترونی (NICER) آزمایش روی ایستگاه فضایی بین المللی

ستاره های نوترونی از افراطی ترین اجرام در جهان هستند. آنها هسته‌های خرد شده ستارگانی هستند که به‌عنوان ابرنواختر منفجر شده‌اند، و علی‌رغم اندازه‌گیری تنها در حدود 20 کیلومتر، جرمی تا 2.3 برابر جرم خورشید دارند. در داخل آنها، فشار به قدری زیاد است که الکترون های با بار منفی و پروتون های با بار مثبت با هم له می شوند و جسمی را تشکیل می دهند که تقریباً تماماً از نوترون هایی با بار خنثی ساخته شده است.

اصطلاح "فشار انحطاط" به ناتوانی هر دو ذره - در این مورد، نوترون ها - برای ساکن شدن در سطح انرژی یکسان هنگام خرد شدن با هم اشاره دارد. این ناتوانی باعث ایجاد یک فشار بیرونی متقابل می شود که از کوبیدن بیشتر ستاره های نوترونی جلوگیری می کند. پانگ توضیح می‌دهد: «بنابراین، برای فشارهای بالا، نوترون‌ها می‌خواهند از هم دورتر باشند و در نتیجه ستاره‌های نوترونی بزرگ‌تری ایجاد شود.

معادله حالت

دانستن شعاع ستاره‌های نوترونی به اخترفیزیکدانان کمک می‌کند تا معادله حالت ستاره‌ها را محدود کنند، که ویژگی‌های ماده درون یک ستاره نوترونی را توصیف می‌کند و بنابراین شعاع آن را تعیین می‌کند. از آنجایی که هیچ کس دقیقاً نمی داند معادله حالت چیست، تیم Huth و Pang در مدل سازی خود 15 نسخه احتمالی آن را بررسی کردند و داده های چندین ستاره نوترونی در حال چرخش معروف به تپ اختر و همچنین مشاهدات امواج گرانشی دو ادغام بین دو نوترون را وارد کردند. ستاره ها. اینها شامل ادغام معروف به GW000 بود که در سال 170817 هنگامی که توسط آشکارساز امواج گرانشی LIGO و توسط تلسکوپ‌هایی که در طول موج‌های طیف الکترومغناطیسی رصد می‌کردند، به سرفصل اخبار رسید. به این ترتیب، طلوع نجوم چند پیام رسان را بشارت داد.

آخرین مطالعه، رویکرد چند پیام رسان را با ترکیب اطلاعات حاصل از برخورد بین یون های طلا که تقریباً به سرعت نور شتاب داده بودند، فراتر برد. این برخوردها در دماهای بالا و چگالی کم اتفاق می‌افتند - بر خلاف فضا که دما در آن کم است اما چگالی اجرامی مانند ستاره‌های نوترونی زیاد است. با ترکیب نتایج حاصل از برخورد در چندین شتاب دهنده ذره (از جمله مرکز تحقیقات یون های سنگین GSI هلمهولتز در دارمشتات و همچنین آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و آزمایشگاه ملی بروکهاون در ایالات متحده) با مشاهدات اخترفیزیکی، می توان شکاف را در درک ما از ماده در محیط های شدید شروع کرد.

پانگ می‌گوید: «از آنجایی که داده‌های حاصل از برخورد یون‌های سنگین مورد استفاده در تجزیه و تحلیل ما اطلاعاتی در مورد منطقه چگالی که در آن نظریه هسته‌ای و مشاهدات اخترفیزیکی کمتر حساس هستند، به ما می‌دهد، محدودیت جدیدی [در معادله حالت] برای ما فراهم می‌کند.

عواقب پس از تابش

نتایج همچنین به درک دانشمندان از آنچه در طول ادغام ستاره های نوترونی اتفاق می افتد می افزاید. در چنین رویدادهایی، دو ستاره نوترونی که در مجاورت یکدیگر می چرخند، به تدریج به سمت یکدیگر مارپیچ می شوند. همانطور که آنها شروع به ادغام می کنند، گرانش شکل آنها را تغییر می دهد. این تغییر شکل در امواج گرانشی که در طول ادغام ساطع می‌کنند خود را نشان می‌دهد و به جرم و شعاع ستارگان نوترونی بستگی دارد. یک ستاره نوترونی با شعاع بزرگ‌تر فشرده‌تر خواهد بود و گرانش ضعیف‌تری دارد، که می‌تواند بر میزان خروج زباله‌ها از ادغام تأثیر بگذارد. این زباله های درخشان است که در نور به عنوان "کیلونووا" قابل تشخیص است، بنابراین کمیت زباله ها و ویژگی های آن تعیین می کند که یک کیلونوا چقدر قابل مشاهده است.

نیکلاس یونسیک اخترفیزیکدان در دانشگاه ایلینویز در اوربانا-شامپین، ایالات متحده، که در آخرین تحقیقات شرکت نداشته است اما قبلاً استفاده شده مشاهدات چند پیام رسان برای تشخیص ویژگی های ماده ستاره نوترونی، فکر می کند که باید چنین نتایج بیشتری را در آینده پیش بینی کنیم. او می‌گوید: «نجوم چند پیام‌رسان واقعاً دگرگون‌کننده است و در حال حاضر بر درک ما از وضعیت ماده در چگالی و فشار شدید تأثیر می‌گذارد».

با نسخه ارتقا یافته LIGO (LIGO پیشرفتهانتظار می‌رود امواج گرانشی را از ادغام‌های دوتایی بیشتر ستاره‌های نوترون، در سطوح حساسیت بیشتری دریافت کند، و NICER به اندازه‌گیری مستقل شعاع تپ‌اخترها ادامه دهد، اخترفیزیکدانان به زودی می‌توانند مرزهای قوی‌تری را در معادله حالت قرار دهند. برای ستاره های نوترونی یونس نتیجه می گیرد: «با ترکیب اطلاعات در دماهای بالا اما چگالی کم با اطلاعات در دماهای پایین اما چگالی بالا، ما دقیقاً شروع به یادگیری نحوه رفتار ماده در جهان خواهیم کرد.

این تحقیق در منتشر شده است طبیعت.

پست تلسکوپ ها، شتاب دهنده ها و LIGO برای کاوش در ستارگان نوترونی متحد می شوند به نظر می رسد برای اولین بار در دنیای فیزیک.

• Coinsmart. بهترین صرافی بیت کوین و کریپتو اروپا.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی رایگان.
• CryptoHawk. رادار آلت کوین امتحان رایگان.
• منبع: https://physicsworld.com/a/telescopes-accelerators-and-ligo-team-up-to-probe-neutron-stars/