כמה גדול כוכב נויטרונים? הכוכבים הקיצוניים והצפופים ביותר שהתמוטטו הם קטנים למדי, בכל הקשור לחפצים מהממים. במשך שנים, אסטרונומים מצמידים כוכבי נויטרונים באיזשהו מקום בין 19-27 ק"מ (12 עד 17 מייל) לרוחב. זה די מדויק למדי, נוכח המרחקים והתכונות של כוכבי הנויטרונים. אבל אסטרונומים פעלו לצמצם את זה לשוויון יותר מדידה מדויקת.
צוות חוקרים בינלאומי עשה עכשיו בדיוק את זה. באמצעות נתונים ממספר טלסקופים ומצפות תצפית שונות, חברי מכון מקס פלאנק לפיזיקה כבידה, מכון אלברט איינשטיין (AEI) צמצמו את אומדני הגודל של כוכבי הנויטרונים בגורם של שניים.
"אנו מגלים שכוכב הנויטרונים האופייני, כפול פי 1.4 מכפי שמש שלנו, רדיוס של כ -11 ק"מ," אמר בדרי קרישנן, שהוביל את צוות המחקר ב- AEI Hannover. "התוצאות שלנו מגבילות את הרדיוס ככל הנראה בין 10.4 ל- 11.9 ק"מ."
זה מתורגם לקוטר של 20.8 - 23.8 ק"מ (13-14.8 מיילים).
מטרת המחקר של הצוות הזה מפורסמת למדי: מיזוג כוכבי הנויטרונים הבינאריים GW170817 שיצר את גלי הכבידה שהתגלו בשנת 2017 על ידי ה- LIGO (Observator Wave-Gravitational Wave Gravitational Wave Observatory) וקונסורציום הבתולה. אובייקט זה נחקר פעמים רבות על ידי טלסקופים מרובים, כולל לוויין פרמי, טלסקופ החלל האבל וטלסקופים ומצפות תצפית אחרות ברחבי העולם. כל התצפיות הללו העבירו לצוות מקס פלאנק עומס רב של נתונים לעבוד איתם.
"מיזוגי כוכבי נויטרונים בינאריים הם מכרה זהב של מידע!" אמר קולין קאפאנו, חוקר ב- AEI האנובר, וכותב הראשי של מאמר שפורסם ב- Nature Astronomy. "כוכבי הניוטרון מכילים את החומר הצפוף ביקום הנצפה. ... על ידי מדידת תכונות האובייקטים הללו אנו למדים על הפיזיקה הבסיסית השולטת בחומר ברמה התת אטומית. "
כוכבי נויטרון נוצרים כאשר כוכב מסיבי אזל מהדלק ומתמוטט. האזור המרכזי מאוד של הכוכב - הליבה - קורס, ומחץ יחד כל פרוטון ואלקטרון לנויטרון. אם גרעין הכוכב המתמוטט הוא בין בערך 1 לשלוש המוני שמש, נויטרונים חדשים שנוצרו יכולים לעצור את ההתמוטטות ולהשאיר אחריהם כוכב נויטרונים.
כוכבים עם מסות גבוהות עוד יותר ימשיכו להתמוטט לחורים שחורים מהמוניים.
אבל ההתמוטטות לכוכב נויטרונים יוצרת את האובייקט הצפוף ביותר הידוע - שוב, אובייקט עם גוש השמש שנמעך למטה לגודל עיר. וכנראה ששמעתם את ההשוואה האחרת הזו בעבר, אבל שווה לחזור על כך כמה דרמטי: קוביית סוכר אחת מחומר כוכב נויטרונים הייתה שוקלת טריליון קילוגרם (או כמיליארד טון) על כדור הארץ - בערך כמו הר אוורסט.
צוות המחקר השתמש במודל המבוסס על ההבנה הבסיסית של האופן שבו חלקיקים תת-אטומיים מתקשרים בצפיפות הגבוהה שנמצאת בתוך כוכבי נויטרונים.
אך מכיוון שגודל הכוכבים האחרים יכול להשתנות באופן נרחב, האם האם גודל כוכבי הנויטרונים לא יכול להשתנות גם כן?
ראשית, כדי להבהיר, הרדיוס המצוטט במחקר זה מיועד לכוכב נויטרונים שיש לו מסה פי 1.4 מזו של השמש שלנו.
"זהו מסה אמיתית המשמשת בדרך כלל בספרות מכיוון שכמעט לכל כוכבי הנויטרונים שנצפו בבינארית יש מסה הקרובה לערך זה," אמר קאפנו ל- Space Magazine בהודעת דוא"ל. "הסיבה לכך שאנו יכולים להשתמש ב- GW170817 בכדי להעריך את הרדיוס של כוכב נויטרונים במסה השמש 1.4 היא כי אנו מצפים שכמעט כל כוכבי הנויטרונים יהיו עשויים מאותם דברים."
עבור כוכבים "רגילים" אחרים, הקשר בין המסה שלהם לרדיוס תלוי במספר משתנים, כמו האלמנט שהכוכב ממזג בליבה, הסביר קאפנו.
"כוכבי נויטרון, לעומת זאת, הם כל כך קומפקטיים וצפופים, עד כי אין בהם אטומים נפרדים - הכוכב כולו הוא בעצם גרעין אטומי ענק אחד, המורכב כמעט כולו מנויטרונים הנארזים היטב זה בזה," אמר. "מסיבה זו, אינך יכול לחשוב על כוכבי נויטרונים שהם מורכבים מאלמנטים שונים. אכן, ל"אלמנט "אין באמת משמעות בצפיפויות האלה, שכן מה שמגדיר אלמנט הוא מספר הפרוטונים שיש לאטומים המרכיבים שלו."
קפנו אמר שמכיוון שכל הנויטרונים עשויים מאותם דברים (קווארקים המוחזקים יחד על ידי גלונים), האסטרונומים מצפים שיהיה מיפוי אוניברסלי בין המסה לרדיוס החל על כל כוכבי הנויטרונים.
"אז, כשאנחנו מצטטים את הגודל האפשרי של 1.4 כוכב מסאוטונוטרון סולארי, מה שאנחנו בעצם עושים זה להגביל את הפגמים הפיזיים האפשריים שמתארים את העולם התת אטומי," אמר.
כפי שהצוות מתאר במאמרם, ניתן ליישם את התוצאות והתהליכים שלהם על חקר אובייקטים אסטרונומיים אחרים, כמו פולסרים, מגנטרים, ואפילו את האופן בו נפלטים גלי הכבידה כדי לספק פרטים על היצירה של גלים אלה.
"התוצאות הללו מרגשות, לא רק מכיוון שהצלחנו לשפר במידה ניכרת את מדידות הרדיוסים של כוכבי הנויטרונים, אלא מכיוון שהיא נותנת לנו צוהר לגורלם הסופי של כוכבי הנויטרונים במיזוגים בינאריים," אמרה סטפני בראון, מחברת משותפת לפרסום. וסטודנטית לדוקטורט בהנובר AEI.
יותר:
נייר: אילוצים מחמירים על רדידי כוכבי נויטרונים מתצפיות מולטי-מסנג'רס ותיאוריה גרעינית
הודעה לעיתונות של מכון מקס פלאנק
