Znanstveniki so dosegli najboljše meritve velikosti in vsebnosti nevtronske zvezde, ultra gostega predmeta, ki vsebuje najčudnejše in najredkejše snovi v vesolju.
Ta meritev lahko privede do boljšega razumevanja naravnih gradnikov - protonov, nevtronov in njihovih sestavnih kvarkov -, ko se v notranjosti nevtronske zvezde stisnejo v trilijone gostote, večje od Zemlje.
Doktor Tod Strohmayer iz Nasinega vesoljskega letalskega centra Goddard v Greenbeltu in njegov kolega Adam Villarreal, podiplomski študent na Univerzi v Arizoni, je te rezultate danes predstavil na spletni tiskovni konferenci v New Orleansu na srečanju Oddelek za visokoenergetsko astrofiziko Ameriškega astronomskega društva.
Povedali so, da je njihova najboljša ocena polmera nevtronske zvezde 7 milj (11,5 kilometrov), plus ali minus sprehod po Francoski četrti. Zdi se, da je masa 1,75-krat večja od Sonca, večja, kot napovedujejo nekatere teorije. Meritve so opravili z NASA-inim Rossijevim raziskovalcem časovnih žarkov Rossi in arhivirali rentgenske podatke
Dolgo iskana relacija mase in polmera določa razmerje med gostoto in tlakom zvezde nevtronske zvezde, tako imenovano enačbo stanja. In to posledično določa, kakšna zadeva lahko obstaja znotraj nevtronske zvezde. Vsebine ponujajo ključni test za teorije, ki opisujejo temeljno naravo materije in energije ter moč jedrskih interakcij.
"Res bi si želeli, da bi se stvari prijele v središču nevtronske zvezde," je povedal Strohmayer. "Ker pa tega ne zmoremo, gre za naslednjo najboljšo stvar. Nevtronska zvezda je kozmični laboratorij in ponuja edino priložnost, da vidimo učinke snovi, stisnjene do te mere. "
Nevtronska zvezda je jedro zvezde, nekoč večje od Sonca. Notranjost vsebuje snovi pod silami, ki so morda obstajale v času velikega poka, vendar jih na Zemlji ni mogoče podvajati. Nevtronska zvezda v današnjem sporočilu je del binarnega zvezdnega sistema z imenom EXO 0748-676, ki se nahaja v ozvezdju Volans ali Leteča riba, približno 30.000 svetlobnih let, viden na južnem nebu z velikim dvoriščnim teleskopom.
V tem sistemu se plin iz »normalne« spremljevalne zvezde spušča na nevtronsko zvezdo, ki jo privlači gravitacija. To sproži termonuklearne eksplozije na površini nevtronskih zvezd, ki osvetljujejo območje. Takšni razpoki pogosto razkrijejo hitrost vrtenja nevtronske zvezde s trepetanjem v oddajajoči se rentgenski svetlobi, ki se imenuje sunkovito nihanje. (Za umetnikov koncept tega postopka glejte točke 1–6. Film in podroben napis najdete v modrem stolpcu na desni.)
Znanstveniki so odkrili frekvenco nihanja s sunkom 45 hertzov, kar ustreza hitrosti vrtenja nevtronske zvezde 45-krat na sekundo. To je lagoden tempo za nevtronske zvezde, ki jih pogosto vidimo, da se vrtijo več kot 300-krat na sekundo.
Znanstveniki so se nato poslužili opazovanja EXO 0748-676 na satelitu XMM-Newton Evropske vesoljske agencije iz leta 2002, ki ga je vodil dr. Jean Cottam iz NASA Goddard. Kottamova ekipa je zaznala spektralne črte, ki jih oddaja vroči plin, podoben videzu kot kardiogram. Te vrstice so imele dve značilnosti. Najprej so jih prestavili Dopplerjevi. To pomeni, da je bila zaznana energija v povprečju svetlobe, ki se vrti okoli nevtronske zvezde, ki se je oddaljila od nas in nato proti nam. Drugič, črte so bile gravitacijsko spremenjene. To pomeni, da je gravitacija vlekla na svetlobo, ko je poskušala pobegniti iz regije in ji ukradla delček energije.
Strohmayer in Villarreal sta ugotovila, da sta frekvenca 45 hertzov in opazovane širine črte od Dopplerjevega premika skladna s polmerom nevtronske zvezde med 9,5 in 15 kilometri, najboljša ocena pa je 11,5 kilometra. Razmerje med frekvenco porušitve, Doplerovim premikom in polmerom je, da je hitrost plina, ki se vrti okoli zvezde, odvisna od polmera zvezde in hitrosti vrtenja. V bistvu hitrejše vrtenje ustreza širši spektralni liniji (tehnika, podobna načinu, kako lahko državni vojak zazna hitrostne avtomobile).
Gravitacijsko merjenje rdečega premikanja podjetja Cottam je ponudilo prvo merilo razmerja mase in polmera, čeprav brez poznavanja mase in polmera. To je zato, ker je stopnja rdečega premikanja (jakost gravitacije) odvisna od mase in polmera nevtronske zvezde. Nekateri znanstveniki so podvomili v to meritev, saj so se odkrile spektralne črte preozke. Novi rezultati krepijo interpretacijo gravitacijskega rdečega premika spektralnih linij ekipe Cottam (in s tem razmerja mase in polmera), ker lahko počasneje vrteča se zvezda zlahka ustvari tako ozke črte.
Znanstveniki so lahko vedno bolj prepričani v razmerje med maso in polmerom in zdaj poznajo polmer, zato je mogoče izračunati maso nevtronske zvezde. Vrednost je bila med 1,5 in 2,3 sončne mase, najboljša ocena pa je 1,75 sončne mase.
Rezultat podpira teorijo, da je materija v nevtronski zvezdi v EXO 0748-676 pakirana tako tesno, da se skoraj vsi protoni in elektroni stisnejo v nevtrone, ki se vrtijo kot presežna tekočina, tekočina, ki teče brez trenja. Kljub temu zadeva ni pakirana tako dobro, da bi bili osvobojeni kvarki, tako imenovana zvezda kvarkov.
"Naši rezultati resnično začnejo pritiskati na enačbo stanja nevtronskih zvezd," je dejal Villareal. "Videti je, da so skoraj izključene enačbe stanja, ki predvidevajo, da so bodisi zelo velike bodisi zelo majhne zvezde. Morda je bolj vznemirljivo to, da imamo zdaj opazovalno tehniko, ki naj bi nam omogočala merjenje razmerja med masi in polmeri v drugih nevtronskih zvezdah. "
Predlagana NASA-ina misija, imenovana Constellation X-ray Observatory, bi lahko izvajala takšne meritve, vendar s precej večjo natančnostjo, za številne sisteme nevtronskih zvezd.
Izvirni vir: NASA News Release
