Οι επιστήμονες έχουν αποκτήσει την καλύτερη μέτρησή τους για το μέγεθος και το περιεχόμενο ενός αστεριού νετρονίων, ένα εξαιρετικά πυκνό αντικείμενο που περιέχει την πιο περίεργη και σπανιότερη ύλη στο Σύμπαν.
Αυτή η μέτρηση μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση των δομικών στοιχείων της φύσης - πρωτονίων, νετρονίων και των συστατικών τους κουάρκ - καθώς συμπιέζονται μέσα στο αστέρι νετρονίων σε πυκνότητα τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη Γη.
Ο Δρ Tod Strohmayer του Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, MD, και ο συνάδελφός του, Adam Villarreal, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, παρουσίασαν αυτά τα αποτελέσματα σήμερα κατά τη διάρκεια συνέντευξης τύπου που βασίζεται στο Διαδίκτυο στη Νέα Ορλεάνη κατά τη συνάντηση του το τμήμα υψηλής ενέργειας Αστροφυσικής της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας.
Είπαν ότι η καλύτερη εκτίμησή τους για την ακτίνα ενός άστρου νετρονίων είναι 7 μίλια (11,5 χιλιόμετρα), συν ή πλην μια βόλτα γύρω από τη Γαλλική Συνοικία. Η μάζα φαίνεται να είναι 1,75 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, πιο μαζική από ό, τι προβλέπουν ορισμένες θεωρίες. Πραγματοποίησαν τις μετρήσεις τους με τον Rossi Xing-ray Timing Explorer της NASA και αρχειοθέτησαν δεδομένα ακτίνων Χ
Η μακροχρόνια σχέση μάζας-ακτίνας καθορίζει την εσωτερική πυκνότητα και σχέση πίεσης του αστεριού νετρονίων, τη λεγόμενη εξίσωση της κατάστασης. Και αυτό, με τη σειρά του, καθορίζει τι είδους ύλη μπορεί να υπάρχει μέσα σε ένα αστέρι νετρονίων. Το περιεχόμενο προσφέρει μια κρίσιμη δοκιμή για θεωρίες που περιγράφουν τη θεμελιώδη φύση της ύλης και της ενέργειας και τη δύναμη των πυρηνικών αλληλεπιδράσεων.
«Θα θέλαμε πραγματικά να πάρουμε τα χέρια μας στο κέντρο ενός αστέρα νετρονίων», δήλωσε ο Strohmayer. «Επειδή όμως δεν μπορούμε να το κάνουμε αυτό, πρόκειται για το επόμενο καλύτερο πράγμα. Ένα αστέρι νετρονίων είναι ένα κοσμικό εργαστήριο και παρέχει τη μόνη ευκαιρία να δούμε τα αποτελέσματα της ύλης συμπιεσμένα σε τέτοιο βαθμό. "
Ένα αστέρι νετρονίων είναι τα κεντρικά υπολείμματα ενός άστρου που είναι μεγαλύτερο από τον Ήλιο. Το εσωτερικό περιέχει ύλη κάτω από δυνάμεις που ίσως υπήρχαν τη στιγμή του Big Bang αλλά δεν μπορούν να αναπαραχθούν στη Γη. Το αστέρι νετρονίων στη σημερινή ανακοίνωση είναι μέρος ενός δυαδικού συστήματος αστεριών με το όνομα EXO 0748-676, που βρίσκεται στον αστερισμό Volans ή Flying Fish, περίπου 30.000 έτη φωτός μακριά, ορατό στους νότιους ουρανούς με ένα μεγάλο τηλεσκόπιο πίσω αυλής.
Σε αυτό το σύστημα, το αέριο από ένα «κανονικό» σύντροφο αστέρι βυθίζεται στο αστέρι νετρονίων, προσελκύεται από τη βαρύτητα. Αυτό προκαλεί θερμοπυρηνικές εκρήξεις στην επιφάνεια του αστεριού νετρονίων που φωτίζει την περιοχή. Τέτοιες εκρήξεις συχνά αποκαλύπτουν τον ρυθμό περιστροφής του αστέρα νετρονίων μέσω τρεμοπαίγματος στο ακτινογραφικό φως που εκπέμπεται, που ονομάζεται ταλάντωση έκρηξης. (Ανατρέξτε στα στοιχεία 1 - 6 για την ιδέα ενός καλλιτέχνη αυτής της διαδικασίας. Μπορείτε να βρείτε μια ταινία και μια λεπτομερή λεζάντα στην μπλε στήλη στα δεξιά.)
Οι επιστήμονες εντόπισαν μια συχνότητα ταλάντωσης 45-hertz, η οποία αντιστοιχεί σε ένα ποσοστό στροφών νετρονίων 45 φορές ανά δευτερόλεπτο. Αυτός είναι ένας χαλαρός ρυθμός για τα αστέρια νετρονίων, τα οποία συχνά παρατηρούνται να περιστρέφονται πάνω από 300 φορές ανά δευτερόλεπτο.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες αξιοποίησαν τις παρατηρήσεις του EXO 0748-676 με τον δορυφόρο XMM-Newton της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας από το 2002, με επικεφαλής τον Δρ Jean Cottam της NASA Goddard. Η ομάδα του Cottam είχε εντοπίσει φασματικές γραμμές που εκπέμπονται από καυτό αέριο, παρόμοια με τις γραμμές ενός καρδιογραφήματος. Αυτές οι γραμμές είχαν δύο χαρακτηριστικά. Πρώτον, είχαν μετατοπιστεί το Doppler. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που εντοπίστηκε ήταν ένας μέσος όρος του φωτός που περιστρέφεται γύρω από το αστέρι νετρονίων, απομακρύνεται από εμάς και μετά προς μας. Δεύτερον, οι γραμμές μετατοπίστηκαν βαρυτικά. Αυτό σημαίνει ότι η βαρύτητα τράβηξε το φως καθώς προσπάθησε να ξεφύγει από την περιοχή, κλέβοντας λίγο από την ενέργειά της.
Οι Strohmayer και Villarreal διαπίστωσαν ότι η συχνότητα 45 hertz και τα παρατηρούμενα πλάτη γραμμής από τη μετατόπιση Doppler συνάδουν με μια ακτίνα αστεριού νετρονίων μεταξύ 9,5 και 15 χιλιομέτρων, με την καλύτερη εκτίμηση στα 11,5 χιλιόμετρα. Η σχέση μεταξύ της συχνότητας ριπής, της αλλαγής Doppler και της ακτίνας είναι ότι η ταχύτητα του αερίου που περιστρέφεται γύρω από την επιφάνεια του αστεριού εξαρτάται από την ακτίνα του αστεριού και τον ρυθμό περιστροφής του. Στην ουσία, μια ταχύτερη περιστροφή αντιστοιχεί σε μια ευρύτερη φασματική γραμμή (μια τεχνική παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο ένας κρατικός στρατιώτης μπορεί να ανιχνεύσει αυτοκίνητα που επιταχύνουν)
Η μέτρηση της βαρυτικής αλλαγής βάρους της ομάδας Cottam προσέφερε το πρώτο μέτρο αναλογίας μάζας-ακτίνας, αν και χωρίς γνώση μάζας και ακτίνας. Αυτό συμβαίνει επειδή ο βαθμός μετατόπισης (δύναμη βαρύτητας) εξαρτάται από τη μάζα και την ακτίνα του άστρου νετρονίων. Μερικοί επιστήμονες αμφισβήτησαν αυτήν τη μέτρηση, γιατί οι φασματικές γραμμές που ανιχνεύθηκαν φαίνονται πολύ στενές. Τα νέα αποτελέσματα ενισχύουν τη βαρυτική ερμηνεία της φασματικής γραμμής της ομάδας Cottam (και επομένως την αναλογία μάζας-ακτίνας), επειδή ένα αστέρι με χαμηλότερη περιστροφή μπορεί εύκολα να παράγει τέτοιες σχετικά στενές γραμμές.
Έτσι, όσο πιο σίγουροι είναι ο λόγος μάζας-ακτίνας και τώρα γνωρίζοντας την ακτίνα, οι επιστήμονες μπορούσαν να υπολογίσουν τη μάζα του άστρου νετρονίων. Η τιμή ήταν μεταξύ 1,5 και 2,3 ηλιακών μαζών, με την καλύτερη εκτίμηση σε 1,75 ηλιακές μάζες.
Το αποτέλεσμα υποστηρίζει τη θεωρία ότι η ύλη στο αστέρι νετρονίων στο EXO 0748-676 συσκευάζεται τόσο σφιχτά που σχεδόν όλα τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια συμπιέζονται σε νετρόνια, τα οποία περιστρέφονται ως υπερρευστό, ένα υγρό που ρέει χωρίς τριβή. Ωστόσο, το θέμα δεν είναι τόσο σφιχτό που τα κουάρκ απελευθερώνονται, ένα λεγόμενο αστέρι κουάρκ.
«Τα αποτελέσματά μας αρχίζουν πραγματικά να ασκούν πίεση στην εξίσωση της κατάστασης των αστεριών νετρονίων», δήλωσε ο Villareal. «Μοιάζει με εξισώσεις κατάστασης που προβλέπουν είτε πολύ μεγάλα είτε πολύ μικρά αστέρια σχεδόν αποκλείονται. Ίσως πιο συναρπαστικό είναι ότι έχουμε τώρα μια τεχνική παρατήρησης που θα μας επιτρέψει να μετρήσουμε τις σχέσεις μάζας-ακτίνας σε άλλα αστέρια νετρονίων. "
Μια προτεινόμενη αποστολή της NASA που ονομάζεται Constatory X-ray Observatory θα έχει τη δυνατότητα να κάνει τέτοιες μετρήσεις, αλλά με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια, για ορισμένα συστήματα αστεριών νετρονίων.
Αρχική πηγή: Δελτίο Τύπου της NASA
