Trvá 512 rokov, kým sa vysokoenergetický fotón dostane z najbližšej neutrónovej hviezdy na Zem. Iba pár z nich sa vydá na cestu. Nesú však informácie potrebné na vyriešenie jednej z najťažších otázok v astrofyzike.
Fotóny strieľajú do vesmíru v energickom zhone. Horúce lúče röntgenovej energie praskli z povrchu malej ultradenzy, ktorá sa točila zvyškom supernovy. Lúče sa počas tranzitu rozptyľujú po dlhé storočia. Každú chvíľu sa však proti bodom Medzinárodnej vesmírnej stanice (ISS) X vydá jedna bodka röntgenového svetla, ktoré prešlo 157 parsekmi (512 svetelných rokov) vesmírom - 32 miliónov-krát väčšia vzdialenosť medzi Zemou a Slnkom. - ďalekohľad, prezývaný NICER. Potom, na Zemi, textový súbor vstúpi do nového bodu údajov: energia fotónu a jeho čas príchodu, merané s presnosťou na mikrosekundy.
Tento údajový bod spolu s nespočetným počtom ďalších podobných údajov, ktoré sa zhromaždili v priebehu mesiacov, odpovie na základnú otázku hneď v lete 2018: Do akej miery je J0437-4715, najbližší sused neutrónovej hviezdy na Zemi?
Ak vedci dokážu zistiť šírku neutrónovej hviezdy, fyzik Sharon Morsink povedal na stretnutí Americkej fyzickej spoločnosti (APS) v apríli 2018 davu vedcov, že táto informácia by mohla smerovať k riešeniu jedného z veľkých tajomstiev fyziky častíc: Ako správa sa záležitosť, keď je tlačená do svojich najdivokejších extrémov?
Na Zemi, vzhľadom na existujúcu technológiu ľudstva, existujú určité tvrdé limity toho, ako sa môže hustá hmota dostať, dokonca aj v extrémnych laboratóriách, a ešte tvrdšie limity, ako dlho môžu prežiť najhustejšie látky, ktoré vedci dokážu prežiť. To znamená, že fyzici neboli schopní zistiť, ako sa častice správajú pri extrémnych hustotách. Nie je k dispozícii veľa dobrých experimentov.
„Existuje veľa rôznych metodík, ktoré ľudia vymýšľajú, aby sa pokúsili povedať, ako by sa mala správať super hustá hmota, ale nie všetci súhlasia,“ Morsink, fyzik z University of Alberta a člen pracovnej skupiny NASA. zameraná na šírku neutrónových hviezd. „A spôsob, akým nie všetci súhlasia, sa dá skutočne otestovať, pretože každý z nich predpovedá, aká veľká môže byť neutrónová hviezda.“
Inými slovami, riešenie tajomstva ultrafialovej hmoty je zamknuté vo vnútri najhustejších objektov vesmíru - neutrónových hviezd. Vedci môžu toto tajomstvo prelomiť, len čo presne zmerajú, aké široké (a teda husté) neutrónové hviezdy skutočne sú.
Fyzika častíc v hlbokom vesmíre
„Neutrónové hviezdy sú najodpornejšími objektmi, o ktorých väčšina ľudí nikdy nepočula,“ povedal vedec NASA Zaven Arzoumanian fyzikom na stretnutí v štáte Columbus v štáte Ohio.
Arzoumanian je jednou z vedúcich projektu prieskumu zloženia interiérov spoločnosti Neutron Star (NICER), ktorý tvorí technický základ pre prácu spoločnosti Morsink. NICER je veľký otočný ďalekohľad namontovaný na ISS; monitoruje a presne krát röntgenové lúče, ktoré prichádzajú do oblasti nízkej obežnej dráhy Zeme z hlbokého vesmíru.
Neutrónová hviezda je jadrom, ktoré zostalo po masívnej explózii supernovy, ale verí sa, že nie je o moc širšia ako stredne veľké mesto. Neutrónové hviezdy sa môžu točiť pri vysokých frakciách rýchlosti svetla a vypaľovať žiariace lúče röntgenovej energie do vesmíru s presnejším načasovaním ako tikanie atómových hodín.
A čo je najdôležitejšie na účely Morsinkovej a jej kolegov, neutrónové hviezdy sú najhustejšie známe objekty vo vesmíre, ktoré sa nerozpadli do čiernych dier - na rozdiel od čiernych dier je však možné, aby vedci zistili, čo sa v nich deje. Astronómovia musia presne vedieť, aké široké sú neutrónové hviezdy a NICER je nástroj, ktorý by mal na túto otázku konečne odpovedať.
Tvarohová polievka
Vedci presne nevedia, ako sa hmota správa v extrémnom jadre neutrónovej hviezdy, ale dosť dobre rozumejú, aby vedeli, že je to veľmi čudné.
Daniel Watts, fyzik častíc na Univerzite v Edinburghu, povedal na konferencii APS oddelenému publiku, že interiér neutrónovej hviezdy je v podstate veľkým otáznikom.
Vedci majú vynikajúce merania hmotnosti neutrónových hviezd. Napríklad hmotnosť J0437-4715 je asi 1,44-krát väčšia ako hmotnosť slnka, napriek tomu, že je viac-menej veľká na dolnom Manhattane. To znamená, Morsink povedal, že J0437-4715 je omnoho hustejšia ako jadro atómu - zďaleka najhustší predmet, s ktorým sa vedci stretávajú na Zemi, kde sa veľká väčšina atómovej hmoty zhromažďuje iba v malej škvrne uprostred.
Pri tejto úrovni hustoty, vysvetlil Watts, nie je vôbec jasné, ako sa hmota správa. Kvarky, malé častice, ktoré tvoria neutróny a protóny, ktoré tvoria atómy, nemôžu samy osebe voľne existovať. Keď však hmota dosiahne extrémnu hustotu, kvarky sa môžu viazať na častice podobné tým na Zemi, alebo môžu tvoriť väčšie, komplexnejšie častice, alebo sa môžu spolu úplne zhluknúť do zovšeobecnenej časticovej polievky.
Podľa vedcov Watts vedci vedia, že podrobnosti o tom, ako sa hmota správa pri extrémnych hustotách, určia, ako sa skutočne dostanú široké neutrónové hviezdy. Takže ak vedci môžu prísť s presným meraním neutrónových hviezd, môžu zúžiť škálu možností, ako sa hmota v týchto extrémnych podmienkach správa.
A odpoveďou na túto otázku, Watts povedal, by mohli odomknúť odpovede na všetky druhy mystérií z fyziky častíc, ktoré nemajú nič spoločné s neutrónovými hviezdami. Napríklad by mohol pomôcť odpovedať na to, ako sa jednotlivé neutróny usporiadajú v jadre veľmi ťažkých atómov.
Meranie NICER si vyžaduje čas
Podľa Morsinku je väčšina neutrónových hviezd široká medzi 20 a 28 km, hoci môžu byť užšie ako 16 km. Je to veľmi úzky rozsah z hľadiska astronómie, ale nie dosť presný na to, aby odpovedal na otázky, o ktoré sa Morsink a jej kolegovia zaujímajú.
S cieľom presnejšie odpovedať, Morsink a jej kolegovia študujú röntgenové lúče pochádzajúce z rýchlo sa otáčajúcich „hotspotov“ na neutrónových hviezdach.
Hoci sú neutrónové hviezdy neuveriteľne kompaktné gule, ich magnetické pole spôsobuje, že energia prichádzajúca z ich povrchov je dosť nerovnomerná. Na ich povrchu sa vytvárajú svetlé škvrny a huby, ktoré sa bijú v kruhoch, keď sa hviezdy otáčajú mnohokrát za sekundu.
To je miesto, kde prichádza NICER. NICER je veľký otočný ďalekohľad namontovaný na ISS, ktorý dokáže neuveriteľnú pravidelnosť časovo vyžarovať svetlo prichádzajúce z týchto škvŕn.
To umožňuje Morsink a jej kolegom študovať dve veci, ktoré im môžu pomôcť zistiť polomer neutrónovej hviezdy:
1. Rýchlosť rotácie: Keď sa neutrónová hviezda točí, Morsink povedal, svetlá škvrna na jej povrchu mrkla smerom k Zemi a od nej takmer ako lúč z otáčajúcich sa kruhov majáka. Morsink a jej kolegovia môžu starostlivo študovať údaje NICER, aby presne určili, koľkokrát hviezda každú chvíľu mrkne a ako rýchlo sa svetlá škvrna pohybuje v priestore. A rýchlosť pohybu jasného bodu je funkciou rýchlosti rotácie hviezdy a jej polomeru. Ak vedci dokážu zistiť rotáciu a rýchlosť, polomer sa dá pomerne ľahko určiť.
2. Ohyb svetla: Neutrónové hviezdy sú také husté, že NICER dokáže detekovať fotóny z jasného miesta hviezdy, ktoré vystrelilo do vesmíru, zatiaľ čo bolo miesto nasmerované preč od Zeme. Gravitačná studňa neutrónovej hviezdy môže svetlo ohýbať tak ostro, že sa jeho fotóny otáčajú smerom k senzoru NICER a búchajú do neho. Rýchlosť zakrivenia svetla je tiež funkciou polomeru hviezdy a jej hmotnosti. Morsink a jej kolegovia si preto starostlivo preštudujú, koľko hviezdy so známym svetlom hromadnej krivky dokážu zistiť jej polomer.
A vedci sú blízko k oznámeniu svojich výsledkov, povedal Morsink. (Niekoľko fyzikov pri svojom rozhovore o APS vyjadrilo určité sklamanie z toho, že neoznámilo konkrétne číslo, a nadšenie, že k nemu došlo.)
Morsink povedal Live Science, že sa nesnaží dráždiť nadchádzajúce oznámenie. NICER zatiaľ nezískal dostatok fotónov, aby tím mohol ponúknuť dobrú odpoveď.
„Je to ako vytiahnuť koláč z rúry príliš skoro: Skončíš s neporiadkom,“ povedala.
Ale fotóny prichádzajú, jeden po druhom, v mesačných periodikách NICER. A odpoveď sa blíži. V súčasnosti tím skúma údaje z J0437-4715 a najbližšej neutrónovej hviezdy Zeme, ktorá je asi dvakrát tak ďaleko.
Morsink povedala, že si nie je istá polomerom neutrónovej hviezdy, ktorú uverejní ako prvá a jej kolegovia, dodala však, že obe oznámenia prídu o niekoľko mesiacov.
„Cieľom je, aby sa tak stalo neskôr v lete, keď sa leto používa v dosť širokom zmysle,“ uviedla. „Ale povedal by som, že do septembra by sme mali niečo mať.“
