fbpx

Каталог статей

Каталог статей для размещения статей информационного характера

Технології

Важке серце нейтронної зірки відкриється

З часу відкриття нейтронних зірок півстоліття тому вченим не дає спокою питання: «Як?». Як щось розміром з місто може важити більше, ніж Сонце?
Як матерія може досягати такої неймовірної щільності? Дати відповідь на це питання в лабораторії неможливо, адже у нас немає ніяких засобів, щоб створити такий шалений тиск. Привідкрити завісу таємниць навколо нейтронних зір обіцяє космічна місія NICER, запуск якого відбудеться вже на початку червня. З її допомогою вчені сподіваються не тільки краще зрозуміти природу нейтронних зірок, але й отримати відповіді на фундаментальні питання про природу матерії.
«Це великий крок на шляху до кращого розуміння властивостей самої щільної матерії у Всесвіті», – говорить Тецуо Хатсуда, фізик-теоретик з Міждисциплінарної програми теоретичних і математичних наук р. Сайтама (Японія). За його словами, «рівняння стану матерії з надвисокою щільністю є однією з тривалих проблем в ядерній фізиці та астрофізиці, яка не втрачає своєї актуальності з часу відкриття пульсарів».
Пульсари – це нейтронні зірки, які обертаються і емітують радіоактивне випромінювання. Саме з цим випромінюванням у 1967 р. їх відкрила астроном Джоселін Бернел. Нейтронні зірки утворюються в результаті вибуху наднових. Стан матерії усередині нейтронних зірок впливає на взаємодію частинок через фундаментальні сили і подає кілька покажчиків до розуміння ще більш щільних і загадкових об’єктів – чорних дірок.
«Мабуть, вперше ми отримаємо чіткі рамки гіпотези про те, що може бути усередині нейтронних зірок», – говорить астрофізик з Амстердамського університету Натаніель Дедженаар. Як тільки пристрій NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer – «Дослідник внутрішньої будови нейтронних зірок») добереться Міжнародної космічної станції, він буде обчислювати розміри нейтронних зірок, аналізуючи рентгенівські промені, які емітують її полюса.
Знання розміру зірки є дуже важливим, адже чим більша зірка, тим більш щільне ядро вона повинна мати. Як наслідок, ядро повинне витримувати величезний тиск її гравітації перш ніж сколапсировать в чорну діру. Тиск в надрах такої зірки, за розрахунками, має бути більшим, ніж тиск в атомному ядрі. У свою чергу, менші зірки мають більш слабку гравітацію. Нейтронів в їх ядрах, за припущенням дослідників, повинні бути розчинені в морі їх складових – кварків. Інша гіпотеза постулює, що ядро має бути утворено з екзотичних елементарних частинок – гиперонов.
Розуміння природи ядра обіцяє надати вченим ключові відомості про сили, крізь які відбувається взаємодія частинок, а також встановити, скільки може важити нейтронна зірка перш ніж вона перетвориться на чорну діру, – говорить керівник проекту NICER і астроном Центру космічних польотів ім. Годдарда р. в Грінбелті, штат Меріленд) Цавен Арзуманян. Крім того, це дозволить удосконалити існуючі моделі злиття нейтронних зірок і збільшить шанси, що їх зможуть зафіксувати гравітаційно-хвильові детектори на Землі, зокрема LIGO.
NICER буде встановлювати радіуси зірок, вивчаючи їх гігантські гравітаційні поля, які спотворюють їх власний світ. Якщо спостерігати з космічної станції, світло слабшає, коли промінь рухається від спостерігача, але залишається видимим, оскільки гравітаційне поле зірки направляє частину світла в протилежному напрямку. Ступінь затемнення світла, коли промінь направлений в протилежну сторону, розповідає про силу гравітації зірки і, отже, про відношення її маси до радіусу. Порівнюючи ці дані з визначенням маси за допомогою аналізу енергії Х-променів, астрономи можуть зробити вдвічі більше точний висновок про розмір зірки.
Але щоб розділити ці складні ефекти, NICER повинен максимізувати силу світла від нейтронних зірок, пропустивши його через свої 56 телескопів. Їх мета – спостерігати за червоним краєм рентгенівського спектра, в якому нейтронні зірки сяють яскравіше всього. Згодом прилад зафіксує час попадання світла на кремнієвий детектор з безпрецедентною точністю – більше 100 наносекунд. «Така точність багаторазово перевершує все, що було раніше», – говорить Рональд Ремильярд, астрофізик з Массачусетського технологічного інституту, який буде використовувати NICER для спостереження за матерією, яка буде падати в чорні дірки, коли апарат виконає свою основну місію з дослідження пульсарів.
Цікаво те, що NICER буде мати не тільки теоретичне, але і практичне значення. Оскільки пульсування нейтронних зір є дуже точною величиною, поєднання кількох таких сигналів можна використовувати для тріангуляції точного положення в просторі. Система глобального позиціонування (GPS), щоб визначити положення спостерігача на Землі, використовує свідчення атомних годин на своїх супутників. А світло пульсарів, що блимає з безпрецедентною точністю, можна використовувати як аналог GPS, що дозволить визначати точне місцезнаходження вже в Сонячній системі та поза її межами. NICER випробує десять пульсарів, щоб протестувати можливості таких систем.
У разі успіху космічна місія НАСА «Оріон», яка в середині 2030-х років повинна доставити перших астронавтів на Марс, крім звичайних засобів навігації, буде також ґрунтуватися на переходів від пульсарів.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *