18.12.2018

Тяжелое сердце нейтронной звезды откроется

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Со времени открытия нейтронных звезд полвека назад ученым не дает покоя вопрос: «Как?». Как нечто размером с город может весить больше, чем Солнце?

Как материя может достигать такой невероятной плотности? Дать ответ на этот вопрос в лаборатории невозможно, ведь у нас нет никаких средств, чтобы создать такое бешеное давление. Приоткрыть завесу тайн вокруг нейтронных зрение обещает космическая миссия NICER, запуск которой состоится уже в начале июня. С ее помощью ученые надеются не только лучше понять природу нейтронных звезд, но и получить ответы на фундаментальные вопросы о природе материи.

«Это большой шаг на пути к лучшему пониманию свойств самой плотной материи во Вселенной», – говорит Тэцуо Хатсуда, физик-теоретик из Междисциплинарной программы теоретических и математических наук в г. Сайтама (Япония). По его словам, «уравнение состояния материи со сверхвысокой плотностью является одной из длительных проблем в ядерной физике и астрофизике, которая не теряет своей актуальности со времени открытия пульсаров».

Пульсары – это нейтронные звезды, которые вращаются и эмитируют радиоактивное излучение. Именно по этим излучением в 1967 г. их открыла астроном Джоселин Бернел. Нейтронные звезды образуются в результате взрыва сверхновых. Состояние материи внутри нейтронных звезд влияет на взаимодействие частиц через фундаментальные силы и подает несколько указателей к пониманию еще более плотных и загадочных объектов – черных дыр.

Пульсары

«Пожалуй, впервые мы получим четкие рамки гипотезы о том, что может быть внутри нейтронных звезд», – говорит астрофизик из Амстердамского университета Натаниэль Дедженаар. Как только устройство NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer – «Исследователь внутреннего строения нейтронных звезд») доберется Международной космической станции, он будет вычислять размеры нейтронных звезд, анализируя рентгеновские лучи, которые эмитируют ее полюса.

Знание размера звезды является очень важным, ведь чем больше звезда, тем более плотное ядро она должна иметь. Как следствие, ядро должно выдерживать огромное давление ее гравитации прежде чем сколапсировать в черную дыру. Давление в недрах такой звезды, по расчетам, должно быть больше, чем давление в атомном ядре. В свою очередь, меньшие звезды имеют более слабую гравитацию. Нейтронов в их ядрах, по предположению исследователей, должны быть растворены в море их составляющих – кварков. Другая гипотеза постулирует, что ядро должно быть образовано из экзотических элементарных частиц – гиперонов.

Понимание природы ядра обещает предоставить ученым ключевые сведения о силы, сквозь которые происходит взаимодействие частиц, а также установить, сколько может весить нейтронная звезда прежде чем она превратится в черную дыру, – говорит руководитель проекта NICER и астроном Центра космических полетов им. Годдарда в г. Гринбелт (штат Мэриленд) Цавен Арзуманян. Кроме того, это позволит усовершенствовать существующие модели слияния нейтронных звезд и увеличит шансы, что их смогут зафиксировать гравитационно-волновые детекторы на Земле, в частности LIGO.

NICER будет устанавливать радиусы звезд, изучая их гигантские гравитационные поля, которые искажают их собственный свет. Если наблюдать с космической станции, свет слабеет, когда луч движется от наблюдателя, но остается видимым, поскольку гравитационное поле звезды направляет часть света в противоположном направлении. Степень затемнения света, когда луч направлен в противоположную сторону, рассказывает о силе гравитации звезды и, следовательно, об отношение ее массы к радиусу. Сравнивая эти данные с определением массы с помощью анализа энергии Х-лучей, астрономы могут сделать вдвое более точный вывод о размере звезды.

Но чтобы разделить эти сложные эффекты, NICER должен максимизировать силу света от нейтронных звезд, пропустив его через свои 56 телескопов. Их цель – наблюдать за красным краем рентгеновского спектра, в котором нейтронные звезды сияют ярче всего. Впоследствии прибор зафиксирует время попадания света на кремниевый детектор с беспрецедентной точностью – более 100 наносекунд. «Такая точность многократно превосходит все, что было раньше», – говорит Рональд Ремильярд, астрофизик из Массачусетского технологического института, который будет использовать NICER для наблюдения за материей, которая будет падать в черные дыры, когда аппарат выполнит свою основную миссию по исследованию пульсаров.

Интересно то, что NICER будет иметь не только теоретическое, но и практическое значение. Поскольку пульсирования нейтронных зрение является очень точной величиной, сочетание нескольких таких сигналов можно использовать для триангуляции точного положения в пространстве. Система глобального позиционирования (GPS), чтобы определить положение наблюдателя на Земле, использует показания атомных часов на своих спутниках. А свет пульсаров, что мигает с беспрецедентной точностью, можно использовать как аналог GPS, что позволит определять точное местонахождение уже в Солнечной системе и за ее пределами. NICER испытает десять пульсаров, чтобы протестировать возможности таких систем.

В случае успеха космическая миссия НАСА «Орион», которая в середине 2030-х годов должна доставить первых астронавтов на Марс, помимо обычных средств навигации, будет также основываться на навигации от пульсаров.

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Самые популярные метки