Fale grawitacyjne ujawniają wcześniej niewidoczne właściwości gwiazd neutronowych
Gwiazdy neutronowe to jedne z najgęstszych obiektów we Wszechświecie. Fale grawitacyjne emitowane przez te niezwykłe obiekty pozawalają badaczom lepiej poznać ich właściwości.
Gwiazdy neutronowe
.Zdaniem naukowców lepsze zrozumienie wewnętrznego funkcjonowania gwiazd neutronowych może doprowadzić do lepszego zrozumienia dynamiki, która leży u podstaw funkcjonowania Wszechświata i może pomóc w rozwoju przyszłych technologii. Nowe badanie prowadzone astronomów z University of Illinois, pod kierownictwem Nicolasa Yunesa, szczegółowo opisuje, w jaki sposób nowe spostrzeżenia na temat sił dyspersji pływowej (siła działająca na ciało rozciągłe znajdujące się w polu sił o różnej wartości lub kierunku w różnych punktach ciała – najczęściej kojarzona z polem grawitacyjnym) w układach podwójnych gwiazd neutronowych może wpłynąć na zrozumienie Wszechświata.
„Gwiazdy neutronowe to zapadnięte rdzenie gwiazd i najgęstsze stabilne obiekty we Wszechświecie, znacznie gęstsze i zimniejsze niż warunki, które mogą stworzyć nawet zderzacze cząstek. Samo istnienie gwiazd neutronowych mówi nam, że istnieją niewidzialne właściwości związane z astrofizyką, fizyką grawitacyjną i fizyką jądrową, które odgrywają kluczową rolę w wewnętrznym funkcjonowaniu naszego Wszechświata” – mówi Yunes.
Informacje przekazywane przez fale grawitacyjne
.Zdaniem astrofizyków, fale grawitacyjne pozwoliły zaobserwować wiele z tych wcześniej niewidocznych właściwości niezwykle gęstych obiektów.
„Właściwości gwiazd neutronowych znajdują odzwierciedlenie w emitowanych przez nie falach grawitacyjnych. Fale te następnie podróżują miliony lat świetlnych w przestrzeni kosmicznej do detektorów na Ziemi, takich jak Advanced European Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory i Virgo Collaboration. Wykrywając je i analizując, możemy wnioskować o właściwościach gwiazd neutronowych i poznać ich skład wewnętrzny oraz fizykę zachodzącą w ich ekstremalnych środowiskach” – tłumaczy Yunes.
Astrofizycy chcieli ustalić, w jaki sposób fale grawitacyjne kodują informacje o siłach pływowych, które zniekształcają gwiazdy neutronowe i wpływają na ich ruch orbitalny. Informacje te mogłyby również powiedzieć fizykom więcej o właściwościach gwiazd, takich jak tarcie wewnętrzne – „co mogłoby dać nam wgląd w procesy fizyczne poza równowagą, które powodują transfer energii netto do lub z systemu” – podkreśla Yunes.
Wykorzystując dane z emisji fal grawitacyjnych zidentyfikowanej jako GW170817, naukowcy wykorzystali symulacje komputerowe, modele analityczne i zaawansowane algorytmy analizy danych, aby zweryfikować, czy siły pływowe poza równowagą w układach podwójnych gwiazd neutronowych są wykrywalne za pomocą fal grawitacyjnych. Zdarzenie GW170817 nie było wystarczająco „wyraźne”, aby umożliwić bezpośredni pomiar właściwości, ale badacze byli w stanie zidentyfikować pierwsze obserwacyjne ograniczenia dotyczące tego, jak duże mogą one być wewnątrz gwiazd neutronowych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.
Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy
.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.
„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.
„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.
„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.
„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.
Oprac. EG
