gov-civil-vilareal.ptDet højeste bjerg på en neutronstjerne kan være en brøkdel af en millimeter højt
>Det højeste bjerg på Jorden - målt fra dets base til sit højdepunkt - er vulkanen Mauna Kea på 10.200 meter høj.
På en neutronstjerne ville det højeste bjerg være en millimeter høj. Måske så meget som en centimeter.
Det viser ny forskning færdig med at se på, hvordan disse små, men latterligt kraftfulde objekter fungerer. Det kan virke lidt esoterisk at spekulere på, hvor højt et bjerg kan være på den ultrakompakte rest af en massiv stjernekerne, men det viser sig at have nogle temmelig vigtige konsekvenser for astronomi.
Neutronstjerner dannes når stjerner omkring 8–20 gange solens masse ender deres liv. Stjernens ydre lag eksploderer udad som en supernova, men kernen falder nedad. Kernen starter hundredtusinder af kilometer på tværs, men trækker sig sammen i en kugle, der er mindre end 30 kilometer bred. Alle protoner og elektroner i atomelementerne i kernen (plus antineutrinoer, hvis du holder score) kombineres til at danne neutroner, hvilket skaber en neutronstjerne.
De er utroligt, næsten urimeligt tætte, med hele hundrede millioner tons pakket ind i hver kubikcentimeter materiale (hedder neutronium ). Dette gør deres overfladetyngdekraft knusende, cirka en milliard gange større end Jordens.
TIL milliard . På en neutronstjerne ville jeg veje lige så meget som et lille bjerg.
En neutronstjerne er utrolig lille og tæt og pakker solens masse ind i en kugle, der kun er et par kilometer på tværs. Dette kunstværk skildrer en i forhold til Manhattan. Kredit: NASAs Goddard Space Flight Center
Men jeg ville ikke være nær så høj. Tyngdekraften er så stærk, at alt, hvad der forsøger at hobe sig op, ville blive smadret fladt. Det er også sandt på Jorden: Bjerge kan kun blive så høje, før deres egen vægt får dem til at falde; tingene på toppen skubber ned på tingene under den, som derefter flyder væk. Derfor er høje bjerge lavet af hård sten. Prøv at lave en af mudder, og den bliver ikke særlig høj, før den falder sammen.
Dette problem er milliarder af gange værre på en neutronstjerne. Et andet problem er, at et bjerg har brug for støtte fra skorpen under det. Jordskorpen kan kun tage så meget vægt, før trykket får den til at deformere, hvilket også begrænser størrelsen på bjerge.
blå er forældrenes varmeste farveguide
En neutronstjerne har også en skorpe af materiale, og den er langt langt stærkere end Jordens. Men med hundrede milliarder gange den nedadgående kraft kan selv en neutronstjerneskorp kun tage så meget.
Hvor meget?
Kunstværk, der viser magnetfeltet omkring en neutronstjerne. Kredit: Casey Reed / Penn State University
Dette problem er blevet løst af forskere i et par årtier nu, men det er svært. For det første er tyngdekraften så stærk, at brug af Isaac Newtons enkle matematiske formler ikke virker. Du skal bruge Einsteins generelle relativitet, som er meget mere kompleks, men løser ligningerne lettere.
Du skal også vide, hvor stærk en neutronstjerneskare er, og det er et kvantemekanisk problem, som er ... svært. Der kan dog foretages tilnærmelser, der gør det lettere at regne ud. Det sædvanlige svar, du finder, er, at et bjerg på en neutronstjerne kan blive omkring 10 centimeter højt, før det revner gennem skorpen.
Den matematik, der blev brugt til at beregne dette, gør imidlertid en sjov antagelse: At bjerget lægger pres på hele skorpen, og ikke kun stedet, det sidder på. Denne antagelse gør matematikken meget lettere, men det ser klart ud til, at du lokalt har et stort problem lokalt at lave et bjerg på en neutronstjerne, længe før hele skorpen går i stykker.
Det ser det nye arbejde nærmere på. De finder ud af, at den kritiske størrelse af et bjerg afhænger af mange andre faktorer, herunder hvordan det er lavet (måske trækkes materiale fra en ledsagerstjerne, eller det ondskabsfulde stærke magnetfelt hjælper med at løfte stof fra overfladen). Når de gør deres beregninger, finder de ud af, at det højeste bjerg kan være op til en centimeter højt, men kan variere ned til mindre end en millimeter, afhængigt af specifikke lokale forhold.
En roterende neutronstjerne med et kraftigt magnetfelt pisker subatomære partikler rundt om den. Kunstværker: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University
Et bjerg mindre end en millimeter højt! Det er en ti-milliontedel så høj som Mauna Kea. Alligevel ville det stadig være milliarder af gange sværere at klatre på grund af den voldsomme tyngdekraft. Jeg er udmattet ved at klatre et par tusinde meter her på Jorden, så jeg tror, at jeg vil sætte mine planer for vandreture med neutronstjerner på vent.
En anden måde at tænke på det: Mauna Keas højde er 0,08% af Jordens diameter. Højden på et 1 mm bjerg på en neutronstjerne er 0,000003% af dens diameter. Teeny lille. Neutronstjerner er glat .
Alt dette viser sig at have interessante konsekvenser. Neutronstjerner har en tendens til at dreje hurtigt, og det tager fra flere sekunder til nogle gange kun en håndfuld millisekunder at dreje en gang. Over tid sænkes denne hastighed, da neutronstjernen mister rotationsenergi til forskellige faktorer. For eksempel kan dets kraftige magnetfelt feje ladede subatomære partikler op i rummet omkring det. Det fungerer som en faldskærm, hvilket skaber træk, der bremser centrifugeringen.
Men de kan også udstråle gravitationsbølger og bogstaveligt talt ryste stoffet i rumtiden . Et perfekt symmetrisk snurrende objekt som en kugle eller endda en flad kugle udsender ikke disse bølger, men enhver afvigelse fra det vilje skabe dem. Sig gerne et bump på en neutronstjernes side. Det smider symmetrien af og skaber gravitationsbølgerne . Disse bølger får deres energi fra stjernens spin, så når de genereres, sænkes stjernens rotation.
Vi har aldrig opdaget disse bølger fra en roterende neutronstjerne, men forskere håber at se dem en dag. Bjergets størrelse vil bestemme, hvor meget energi bølgerne har, så hvis vi nogensinde vil opdage dem, skal vi forstå, hvordan bjerge på neutronstjerner opfører sig.
Plus disse beregninger er bare interessante i sig selv. Neutronstjerner er fascinerende og skræmmende, og grunden til mange endnu mere skræmmende fænomener som magnetarer (ja, læs dette om magnetarer, hvis du tør). Så jo mere vi forstår dem, jo bedre.
Og det er bare fedt. Et bjerg mindre end et sandkorn, men et, der vejer billioner og billioner gange mere! Universet er et så underligt sted, og jo mere vi lærer om det, jo underligere og mere fantastisk det bliver.
