Μετά το σουπερνόβα:Γεγονότα για τα αστέρια νετρονίων

Τα αστέρια μπορεί να φαίνονται άπειρα στη σύντομη ανθρώπινη ζωή μας, αλλά δεν ζουν για πάντα. Τελικά, κάθε αστέρι θα καεί μέσω της παροχής καυσίμου του και θα αρχίσει να πεθαίνει. Όπως το άστρο της πατρίδας μας, τα αστέρια χαμηλής μάζας θα διαστέλλονται αργά και θα αποβάλλουν τα εξωτερικά τους στρώματα πριν καταρρεύσουν ξανά σε έναν λευκό νάνο. Από την άλλη πλευρά, τα αστέρια μεγάλης μάζας θα σβήσουν με περισσότερη ένταση.

Αστέρια που είναι τουλάχιστον τέσσερις φορές μεγαλύτερα από τον Ήλιο μας έχουν τη δυνατότητα να εκραγούν σε μια βίαιη σουπερνόβα. Πετώντας τα εξωτερικά τους στρώματα στον κόσμο δημιουργεί μια εντυπωσιακή παράσταση φωτός και συχνά αφήνει πίσω του ένα νεφέλωμα. Μόλις τελειώσει η εκπομπή φωτός, αυτά τα αστέρια που πεθαίνουν αφήνουν πίσω τους έναν εξαιρετικά πυκνό πυρήνα γνωστό ως αστέρι νετρονίων. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο τι συμβαίνει σε ένα αστέρι μετά το θάνατό του και ας εξερευνήσουμε μερικά συναρπαστικά γεγονότα για τα αστέρια νετρονίων.

Σχηματισμός αστέρα νετρονίων

Είμαστε ήδη εξοικειωμένοι με τους σουπερνόβα - εκείνες τις λαμπερές λάμψεις που σηματοδοτούν ένα αστέρι που πεθαίνει στον νυχτερινό ουρανό. Τα αστέρια νετρονίων είναι ό,τι απομένει από τον πυρήνα του άστρου μόλις τελειώσει η έκρηξη. Το σουπερνόβα σηματοδοτεί επίσης το τέλος της ικανότητας του αστεριού να παράγει την αντίδραση σύντηξης που του επιτρέπει να παράγει θερμότητα και φως. Χωρίς αυτή την αντίδραση, δεν υπάρχει τίποτα που να εμποδίζει τον πυρήνα να καταρρεύσει.

Με την πάροδο του χρόνου, τα αστέρια νετρονίων γίνονται όλο και πιο πυκνά, συρρικνώνοντας έως ότου αποκτήσουν διάμετρο περίπου 20 km (12,5 μίλια). Είναι μικρότερη από την απόσταση ενός ημιμαραθωνίου, αλλά δεν θα θέλατε να προσπαθήσετε να τρέξετε στην επιφάνεια ενός αστέρα νετρονίων.

Σύντυξη ατόμων

Η βαρυτική έλξη ενός αστέρα νετρονίων είναι τεράστια, πάνω από 100 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή που βιώνουμε εδώ στη Γη. Ακόμα κι αν μπορούσαμε να πατήσουμε το πόδι μας σε ένα αστέρι νετρονίων, η συντριπτική βαρύτητα θα συνθλίβει το ανθρώπινο σώμα σε δευτερόλεπτα. Αυτό δεν είναι το μόνο πράγμα που συνθλίβεται σε ένα αστέρι νετρονίων.

Στο μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος, η ατομική δομή είναι αρκετά καθολική. Τα άτομα περιέχουν πρωτόνια, νετρόνια και ποικίλους αριθμούς ηλεκτρονίων. Η βαρύτητα σε ένα αστέρι νετρονίων είναι τόσο ισχυρή που διασπά αυτούς τους ατομικούς δεσμούς, προκαλώντας τη συνένωση πρωτονίων και ηλεκτρονίων σε νετρόνια. Αυτή η διαδικασία είναι επίσης που δίνει στα αστέρια το όνομά τους. Οι αστρονόμοι δεν γνωρίζουν πώς μπορεί να μοιάζει ο πυρήνας ενός αστέρα νετρονίων, αλλά υποψιάζονται ότι αποτελείται από ένα υπερρευστό νετρονίων.

Ένα κουταλάκι του γλυκού =1 δισεκατομμύριο τόνοι

Αυτά τα εναπομείναντα αστέρια είναι τόσο απίστευτα πυκνά που ένα μικροσκοπικό αστέρι με διάμετρο μόλις 20 km είναι περίπου 1,4 φορές η μάζα του Ήλιου μας. Εάν μπορούσατε να πλησιάσετε αρκετά για να πάρετε ένα κουταλάκι του γλυκού από αυτό το υλικό, θα ζύγιζε περισσότερο από 1 δισεκατομμύριο τόνους.

Ευτυχώς - ή δυστυχώς, ανάλογα με το πώς το βλέπετε - οι νόμοι της φυσικής και της βαρύτητας όπως τους καταλαβαίνουμε δεν θα σας επιτρέψουν να πλησιάσετε αρκετά κοντά σε ένα αστέρι νετρονίων για να δοκιμάσετε να πάρετε δείγματα.

Spinning Like Skater

Έχετε παρακολουθήσει ποτέ έναν πατινέρ να γλιστράει αβίαστα στον πάγο; Είναι θαύμα να το βλέπεις, ειδικά όταν αρχίζουν να περιστρέφονται. Χωρίς καμία επιπλέον εξωτερική ορμή, μπορούν να αυξήσουν την ταχύτητά τους απλά τραβώντας τα χέρια και τα πόδια τους πιο κοντά στο κέντρο του σώματός τους. Αυτή η αρχή είναι γνωστή ως μετατροπή της γωνιακής ορμής. Η ίδια αρχή ισχύει για τα γεγονότα σχετικά με τα αστέρια νετρονίων όπως τα καταλαβαίνουμε.

Καθώς σχηματίζεται ένα αστέρι νετρονίων, αρχίζει να περιστρέφεται. Καθώς γυρίζει, η κίνηση κάνει το αστέρι να συμπιέζεται και να συρρικνώνεται ακόμη περισσότερο. Με την πάροδο του χρόνου, θα προκαλέσει αύξηση της πυκνότητας. Μπορούν να επιβραδύνουν με την πάροδο του χρόνου, αλλά τα περισσότερα αστέρια νετρονίων εξακολουθούν να περιστρέφονται.

Η διαδικασία του βαρυτικού φακού

Ακόμα κι αν οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τηλεσκόπια ικανά να ανιχνεύσουν άλλα μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, εξακολουθούν να πρέπει να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα της οπτικής επαφής. Στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν μπορούμε να δούμε το πίσω μέρος ενός πλανήτη ή ενός αστεριού εκτός και αν είμαστε αρκετά τυχεροί να τον πιάσουμε να περιστρέφεται. Αυτό δεν συμβαίνει με τα αστέρια νετρονίων λόγω της τεράστιας βαρυτικής τους έλξης.

Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως βαρυτικός φακός. Η βαρύτητα ενός αστέρα νετρονίων είναι τόσο μεγάλη που προκαλεί την κάμψη της ακτινοβολίας που εκπέμπει. Δεν είναι σαν να χρησιμοποιείτε δύο καθρέφτες για να δείτε το πίσω μέρος του κεφαλιού σας μετά από ένα κούρεμα. Η ακτινοβολία κάμψης λειτουργεί ως καθρέφτης και επιτρέπει στους αστρονόμους να παρατηρούν το πίσω μέρος του άστρου χωρίς να περιμένουν να περιστραφεί.

Τύποι άστρων νετρονίων

Όπως τα περισσότερα πράγματα που έχουμε παρατηρήσει στο σύμπαν, τα αστέρια νετρονίων έχουν διάφορες γεύσεις.

Πάλσαρ

Θυμάστε πώς αναφέραμε ότι τα αστέρια νετρονίων περιστρέφονται; Μερικές φορές, καθώς περιστρέφονται, μπορούν επίσης να εξαπολύσουν εκρήξεις ακτινοβολίας. Όταν τα παρατηρούμε από τη Γη, η περιστροφή του αστέρα νετρονίων σε συνδυασμό με αυτές τις εκρήξεις ακτινοβολίας μπορεί να κάνει το αστέρι να φαίνεται να πάλλεται ή να αναβοσβήνει. Αυτή η συμπεριφορά τους έχει κερδίσει το όνομα πάλσαρ.

Τα πάλσαρ είναι συχνά αστέρια που έχουν πεθάνει πρόσφατα και έχουν ακόμα λίγη ενέργεια να κάψουν. Μετά από μερικά εκατομμύρια χρόνια, συνήθως τελειώνουν τα καύσιμα και σταματούν να αναβοσβήνουν. Σε αυτό το σημείο, γίνονται κανονικοί αστέρες νετρονίων. Επί του παρόντος, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει μόνο περίπου 2.000 γνωστά πάλσαρ, αν και υπάρχουν σημαντικά περισσότερα αστέρια νετρονίων.

Μαγνήτες

Ο χώρος είναι τόσο τρομακτικός όσο και όμορφος. Οι μαγνήτες είναι μια άλλη μορφή άστρων νετρονίων. Έχουν μαγνητικό πεδίο πάνω από 1000 φορές ισχυρότερο από ένα τυπικό αστέρι νετρονίων, που τους χάρισε το όνομά τους. Οι μαγνήτες περιστρέφονται πιο αργά από τα κλασικά αστέρια νετρονίων.

Μην πλησιάζετε πολύ σε ένα μαγνητάρι αν ελπίζετε να επιβιώσετε στο διάστημα. Σύμφωνα με τον Paul Sutter, έναν αστροφυσικό, το να φτάσεις σε απόσταση 1.000 χιλιομέτρων (600 μίλια) από ένα magnetar μπορεί να είναι θανατηφόρο. «Τα μαγνητικά πεδία είναι αρκετά ισχυρά για να διαταράξουν όχι μόνο τον βιοηλεκτρισμό σας - καθιστώντας τις νευρικές σας ώσεις ξεκαρδιστικά άχρηστες - αλλά την ίδια τη μοριακή σας δομή. Σε ένα πεδίο μαγνητάρι απλά… διαλύεσαι».

Crashing Gravity Waves

Οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει πολλά αστέρια να περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο στο παρελθόν. Αυτά τα συστήματα - που ονομάστηκαν για τον αριθμό των αστεριών σε τροχιά - μπορούν επίσης να περιλαμβάνουν ένα ή περισσότερα αστέρια νετρονίων. Όπως και άλλα συστήματα πολλών αστέρων, τα αστέρια νετρονίων που βρίσκονται σε τροχιά μπορεί τελικά να συγκρουστούν μεταξύ τους, απελευθερώνοντας τεράστια κύματα βαρύτητας. Οι αστρονόμοι αποκαλούν αυτό το γεγονός "κιλόνοβα" επειδή είναι έως και 1.000 φορές φωτεινότερο από ένα τυπικό σουπερνόβα.

ΤΟ 2017, οι αστροφυσικοί εντόπισαν βαρυτικά κύματα από ένα από αυτά τα κιλονόβα. Τα κύματα ήταν αρκετά δυνατά ώστε να κυματίζουν σε όλο το σύμπαν. Οι αστρονόμοι εξακολουθούν να μην είναι σίγουροι τι συμβαίνει με τα αστέρια νετρονίων όταν συγκρούονται, αν και θεωρείται ότι συνδυάζονται σε έναν υπερμεγέθη μαγνήτη. Γνωρίζουν ότι αυτές οι συγκρούσεις είναι ένα απαραίτητο εργαλείο για τη δημιουργία ζωής στο σύμπαν — ή τουλάχιστον τα δομικά στοιχεία που απαιτούνται για την ανάδυση της ζωής.

Μια πηγή για βαριά στοιχεία

Τα στοιχεία που γεννούν ζωή δεν είναι τα μόνα πράγματα που απελευθερώνονται από αυτές τις ογκώδεις διαστρικές συγκρούσεις. Πολλά από τα βαριά στοιχεία που χρησιμοποιούμε εδώ στη Γη - όπως ο χρυσός και η πλατίνα - δημιουργούνται όταν δύο αστέρια νετρονίων συγκρούονται.

Μερικοί ερευνητές υποπτεύονται ότι όλος ο χρυσός και η πλατίνα που έχουμε εδώ στη Γη - και πιθανώς όλος ο χρυσός και η πλατίνα στο σύμπαν - θα μπορούσε να προκύψει από αυτές τις κιλονόβα.

Επιβεβαίωση της Γενικής Σχετικότητας

Μεταξύ των πολλών προβλέψεών του, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν θεώρησε ότι τα κύματα βαρύτητας θα ταξίδευαν επίσης με την ταχύτητα του φωτός. Μέχρι πρόσφατα, δεν είχαμε τρόπο να επιβεβαιώσουμε αυτή τη θεωρία, οδηγώντας στην πρακτική της τροποποιημένης βαρύτητας. Οι φυσικοί θα χρησιμοποιούσαν διαφορετικές ταχύτητες για τα βαρυτικά κύματα στους υπολογισμούς τους.

Όταν εντοπίσαμε τα βαρυτικά κύματα από το kilonova του 2017, τα κύματα φωτός και βαρύτητας από αυτό το συμβάν έφτασαν μέσα σε 1,7 δευτερόλεπτα το ένα από το άλλο. Αυτή η ανακάλυψη επιβεβαίωσε αποτελεσματικά τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν και κατέστρεψε την πρακτική της τροποποιημένης βαρύτητας με μια πτώση.

Ακόμα μαθαίνουμε γεγονότα για τα αστέρια νετρονίων

Η ανθρώπινη φυλή είναι ακόμα πολύ νέα στην κατανόησή μας για το σύμπαν. Δεν είμαστε πια βρέφη. Περισσότερο σαν νήπια — εξερευνώντας τα πάντα και βάζοντας τα πάντα στο στόμα μας καθώς προσπαθούμε να κατανοήσουμε τον κόσμο γύρω μας. Όχι, αυτό δεν είναι μια πρόσκληση για να βγάλετε το κεφάλι σας έξω από ένα αεραγωγό για να γλείψετε έναν μετεωρίτη ή να μάθετε πώς μυρίζει ο χώρος. Μαθαίνουμε ακόμα, και έχουμε ακόμα τόσα να μάθουμε. Τα γεγονότα για τα αστέρια νετρονίων που καταλαβαίνουμε σήμερα διαφέρουν από τα γεγονότα που καταλάβαμε πριν από το kilonova του 2017. Ποιο είναι το αγαπημένο σας γεγονός για τα αστέρια νετρονίων;