Gwiazdy neutronowe mogą być większe niż wyobrażano sobie wcześniej
Kiedy masywna gwiazda umiera, najpierw dochodzi do eksplozji supernowej. Następnie to, co zostaje, staje się albo czarną dziurą albo gwiazdą neutronową.
Złożony obraz supernowej 1E0102.2-7219, w której centrum znajduje się gwiazda neutronowa.
Źródło: Dzięki uprzejmości NASA
Taka gwiazda neutronowa jest najgęstszym ciałem niebieskim, jakie astronomowie mogą zaobserwować, z masą około 1,4 razy większą od Słońca. Jednak wciąż niewiele wiadomo na temat tych imponujących obiektów. Teraz, naukowiec z Florida State University opublikował w Physical Review Letters pracę, w której przekonuje, że nowe pomiary związane z zewnętrzną warstwą w jądrze atomu ołowiu mogą zmusić naukowców do ponownego przemyślenia teorii dotyczących całkowitego rozmiaru gwiazd neutronowych.
Ołów-208, izotop zawierający 82 protony i 126 neutronów, ma rodzaj jądra, które fizycy nazywają „podwójnie magicznym", ponieważ zarówno protony jak i neutrony są uporządkowane w powłokach wewnątrz jądra. Powłoki te sprawiają, że atom jest stosunkowo stabilny. Ponieważ powłoka neutronowa powstaje w wyniku tego, że wnętrze jądra jest tak gęste, że wyciska część neutronów na zewnątrz, pomiar grubości tej warstwy neutronów ujawnia gęstość jądra jako całości.
Krótko mówiąc, gwiazdy neutronowe mogą być większe niż naukowcy wcześniej przewidywali.
Wymiar tej zewnętrznej warstwy, to, jak się dalej rozciąga, jest czymś, co koreluje z rozmiarem gwiazdy neutronowej – powiedział Jorge Piekarewicz, profesor fizyki Roberta O. Lawtona.
Piekarewicz i jego koledzy odkryli, że nowy pomiar grubości zewnętrznej warstwy w jądrze atomu ołowiu sugeruje promień pomiędzy 13,25 a 15,25 kilometrów dla przeciętnej gwiazdy neutronowej. W oparciu o wcześniejsze eksperymenty na tej warstwie, inne teorie określają średni rozmiar gwiazd neutronowych na 10-12 kilometrów.
Praca Piekarewicza uzupełnia badania przeprowadzone przez fizyków z Lead Radius Experiment (PREX) w Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Zespół PREX przeprowadził eksperymenty, które pozwoliły zmierzyć grubość warstwy neutronowej jądra ołowiu na 0,28 femtometra – czyli 0,28 bilionowej części milimetra.
Jądro atomowe składa się z neutronów i protonów. Jeżeli neutrony w jądrze przeważają nad protonami, dodatkowe neutrony tworzą warstwę wokół centrum jądra. Ta warstwa czystych neutronów nazywana jest skórą.
To właśnie grubość tej „skóry” zainteresowała zarówno fizyków eksperymentalnych, jak i teoretyków, ponieważ może ona rzucić światło na ogólny rozmiar i strukturę gwiazdy neutronowej. I chociaż eksperyment został przeprowadzony na ołowiu, ta fizyka ma zastosowanie w gwiazdach neutronowych – obiektów, które są kwintyliony (lub bilion milionów) razy większe niż jądro atomu.
Piekarewicz wykorzystał wyniki podane przez zespół PREX do obliczenia nowych ogólnych pomiarów gwiazd neutronowych.
Nie ma takiego eksperymentu, który moglibyśmy przeprowadzić w laboratorium, a który mógłby zbadać strukturę gwiazdy neutronowej – powiedział Piekarewicz. Gwiazda neutronowa jest tak egzotycznym obiektem, że nie jesteśmy w stanie odtworzyć jej w laboratorium. Tak więc wszystko, co można zrobić w laboratorium, aby poinformować nas o właściwościach gwiazdy neutronowej, jest bardzo pomocne.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
