Vi forstår egentlig ikke nøytronstjerner. Å, vi vet at de er - de er de resterende restene av noen av de mest massive stjernene i universet - men å avsløre deres indre virke er litt vanskelig, fordi fysikken som holder dem i live bare er dårlig forstått.
Men innimellom smadrer to nøytronstjerner sammen, og når de gjør det, har de en tendens til å sprenge, og sprøyte kvantetarmene over hele rommet. Avhengig av den interne strukturen og sammensetningen av nøytronstjernene, vil "ejecta" (den høflige vitenskapelige termen for astronomisk prosjektil oppkast) se annerledes ut enn oss jordbundne observatører, og gi oss en grov, men potensielt kraftig måte å forstå disse eksotiske skapningene på.
Neutron Star Nougat
Som du kanskje har gjettet det, er nøytronstjerner laget av nøytroner. Vel, stort sett. De har også noen protoner som svømmer rundt inni seg, noe som er viktig for senere, så jeg håper du husker det.
Nøytronstjerner er restkjernene til noen virkelig store stjerner. Når de gigantiske stjernene nær slutten av livet, begynner de å smelte lettere elementer til jern og nikkel. Tyngdevekten til resten av stjernen fortsetter å knuse atomene sammen, men disse fusjonsreaksjonene produserer ikke lenger overflødig energi, noe som betyr at ingenting hindrer stjernen i å fortsette å katastrofalt kollapse i seg selv.
I kjernen blir trykk og tetthet så ekstreme at tilfeldige elektroner blir dyttet inn i protoner, og gjør dem om til nøytroner. Når denne prosessen er fullført (som tar mindre enn et dusin minutter), har denne gigantiske ballen nøytroner endelig mulighet til å motstå ytterligere kollaps. Resten av stjernen spretter av den nysmidde kjerne og blåser opp i en vakker supernovaeksplosjon, og etterlater kjernen: nøytronstjernen.
Spirals Of Doom
Så som sagt, nøytronstjerner er gigantiske baller med nøytroner, med tonnevis av materiale (noen få soler er verdt!) Proppet i et volum som ikke er større enn en by. Som du kanskje forestiller deg, er interiøret i disse eksotiske skapningene rart, mystisk og sammensatt.
Gjør nøytronene i lag og danner små strukturer? Er det dype interiøret en tykk suppe med nøytroner som bare blir fremmed og fremmed jo dypere du går? Gjør det vei for enda lurere ting? Hva med jordskorpens natur - det ytterste laget med pakket elektroner?
Det er mange ubesvarte spørsmål når det gjelder nøytronstjerner. Men heldigvis ga naturen oss en måte å kikke inni dem.
Mindre ulemper: vi må vente på at to nøytronstjerner skal kollidere før vi får en sjanse til å se hva de er laget av. Husker du GW170817? Du gjør faktisk det - det var den store oppdagelsen av gravitasjonsbølger som stammet fra to sammenstøtende nøytronstjerner, sammen med en rekke raske brann-teleskopoppfølgingsobservasjoner over det elektromagnetiske spekteret.
Alle disse samtidige observasjonene ga oss det mest komplette bildet ennå av såkalt kilonovas, eller kraftige utbrudd av energi og stråling fra disse ekstreme hendelsene. Den spesielle episoden av GW170817 var den eneste som noen gang har blitt fanget med gravitasjonsbølgedetektorer, men absolutt ikke den eneste som skjedde i universet.
Et nøytralt håp
Når nøytronstjerner kolliderer, blir ting veldig rotete. Det som gjør ting spesielt rotete er den lille befolkningen av protoner som lurer rundt i den mest nøytronneutronstjernen. På grunn av deres positive ladning og den supersnelle rotasjonen av selve stjernen, er de i stand til å skape utrolig sterkt magnetfelt (i noen tilfeller de kraftigste magnetfeltene i hele universet), og magnetfeltene spiller noen onde spill.
I kjølvannet av en nøytronstjernekollisjon fortsetter de sprenete restene av de døde stjernene å hvirvle rundt hverandre i rask bane, med noen av inntrengene deres som ekspanderer bort i en titanisk eksplosjonsbølge, drevet av energien fra krasjet.
Det gjenværende virvlende materialet danner raskt en disk, med den disken gjenget av sterke magnetfelt. Og når sterke magnetfelt befinner seg inne i raskt roterende disker, begynner de å brette seg inn på seg selv og forsterke seg, og blir enda sterkere. Gjennom en prosess som ikke helt forstås (fordi fysikken, i likhet med scenariet, blir litt rotete) vikler disse magnetfeltene seg opp nær midten av disken og trakterer materiale ut og bort fra systemet helt: en jet.
Jetene, en ved hver pol, sprenger utover, og bærer stråling og partikler langt fra den kosmiske bilulykken. I en fersk artikkel undersøkte forskerne dannelsen og levetiden til jetjet, og så spesielt nøye på hvor lang tid det tar før en jet dannes etter den første kollisjonen. Det viser seg at detaljene i jet-lanseringsmekanismen avhenger av det indre innholdet i de originale nøytronstjernene: hvis du endrer hvordan nøytronstjerner er strukturert, får du forskjell kollisjon historier og forskjellige signaturer i jetflyets egenskaper.
Med mer grusomme observasjoner av kilonovas kan vi kanskje ennå ikke skille noen av disse modellene, og lære hva som får nøytronstjerner til å tikke.
Les mer: “Jet-kokongutstrømmer fra nøytronstjernefusjoner: struktur, lyskurver og grunnleggende fysikk”
