gov-civil-vilareal.ptQual o tamanho de uma estrela de nêutrons?
>Estrelas de nêutrons são os restos de estrelas massivas depois de se tornarem supernovas ; enquanto as camadas externas da estrela explodem criando fogos de artifício literalmente em escala cósmica, o núcleo da estrela colapsa, tornando-se incrivelmente comprimido. Se o núcleo tiver massa suficiente, ele se tornará um buraco negro , mas se for tímido desse limite, ela se tornará uma bola ultradensa composta principalmente de nêutrons.
As estatísticas para estrelas de nêutrons são preocupantes . Eles têm uma massa de até mais de duas vezes o Sol, mas a densidade de um núcleo atômico: Mais de 100 trilhão gramas por centímetro cúbico. Isso é difícil de entender, mas pense desta forma: se você comprimisse todos os carros dos Estados Unidos em estrelas de nêutrons, obteria um cubo 1 centímetro de lado . Do tamanho de um cubo de açúcar ou de um dado de seis lados. Toda a humanidade comprimida em tal estado teria menos do que o dobro dessa largura.
el joven y prodigioso c.t. spivet
As estrelas de nêutrons têm uma gravidade superficial centenas de bilhões de vezes maior que a da Terra, e campos magnéticos ainda mais fortes. Uma estrela de nêutrons a metade da galáxia de nós teve um evento sísmico que nos afetou fisicamente aqui na Terra, a 50.000 anos-luz de distância.
Tudo sobre estrelas de nêutrons é assustador. Mas por tudo isso, ainda não temos certeza de quão grande eles são .
Uma estrela de nêutrons em rotação com um poderoso campo magnético lança partículas subatômicas ao seu redor. Crédito da arte: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University
Quer dizer, temos uma ideia aproximada, mas o número exato é difícil de determinar. Eles são muito pequenos para serem vistos diretamente, então temos que inferir seu tamanho a partir de outras observações, e estão repletos de incertezas. Seu tamanho também depende de sua massa. Mas usando observações de raios X e outras emissões de estrelas de nêutrons, os astrônomos descobriram que eles têm um diâmetro de 20-30 quilômetros. Isso é minúsculo, para uma massa tão grande! Mas também é um intervalo irritantemente grande. Podemos fazer melhor?
Sim! Um grupo de cientistas abordou o problema de uma maneira diferente, e foram capazes de reduzir o tamanho dessas feras ferozes, mas pequeninas : Eles descobriram que, para uma estrela de nêutrons com uma massa de 1,4 vezes o Sol (cerca da média para tais coisas), ela terá um diâmetro de 22,0 quilômetros (com uma incerteza de + 0,9 / -0,6 km). Eles acham que seu cálculo é um fator de dois mais preciso do que qualquer outro feito antes.
Isso é ... pequeno. Como, mesmo pequeno. Eu consideraria 22 km um curto passeio de bicicleta, embora para ser justo fazê-lo em uma estrela de nêutrons seria difícil.
Uma estrela de nêutrons é incrivelmente pequena e densa, embalando a massa do Sol em uma bola com apenas alguns quilômetros de diâmetro. Esta obra de arte retrata um em comparação com Manhattan. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA
Então, como eles conseguiram esse número ? A física que eles empregaram é na verdade terrivelmente complicada, mas o que eles fizeram foi resolver a equação de estado de uma estrela de nêutrons - as equações físicas que relacionam as características de um objeto como pressão, volume e temperatura - para saber como seriam as condições para uma estrela de nêutrons modelo com a massa fixada em 1,4 vezes a do sol.
Eles então usaram esses resultados e os compararam com as observações de um evento de 2017: A fusão de duas estrelas de nêutrons que resultou em uma explosão colossal chamada de kilonova . Este evento, denominado GW170817, foi um grande divisor de águas para a astronomia, porque as estrelas de nêutrons em colisão emitiram ondas gravitacionais poderosas, literalmente sacudindo o tecido do Universo. Este foi nosso primeiro alerta para o evento, mas então uma grande fração de telescópios na e acima da Terra apontou para a parte do céu onde a fusão foi encontrada e viu a própria explosão, a kilonova. Foi a primeira vez que um evento foi visto emitindo energia eletromagnética (ou seja, luz ) que foi visto pela primeira vez em ondas gravitacionais.
Arte que descreve o momento de colisão entre duas estrelas de nêutrons. A explosão resultante é ... muito grande. Crédito: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
Também impôs muitas restrições às estrelas de nêutrons que colidiram. Por exemplo, depois que eles se fundiram, eles emitiram luz de uma maneira específica, e descobriu-se que isso era inconsistente com o remanescente fundido ter massa suficiente para colapsar diretamente em um buraco negro. Isso acontece em torno de 2,4 vezes a massa do Sol, então sabemos que as duas estrelas juntas tinham menos massa do que isso. Por outro lado, a luz era inconsistente com o remanescente sendo uma estrela de nêutrons bem abaixo de esse limite também. Parece que uma estrela de nêutrons 'hipermassiva' se formou perto desse limite, durou um tempo muito curto e então desabou em um buraco negro.
Todos esses dados serviram para os cientistas que calcularam o tamanho da estrela de nêutrons. Ao comparar seus modelos com os dados do GW170817, eles conseguiram reduzir muito a gama de tamanhos que fazia sentido, concentrando-se no diâmetro de 22 km.
Esse tamanho tem implicações interessantes. Por exemplo, uma coisa que os cientistas das ondas gravitacionais esperam ver é a fusão de um buraco negro com uma estrela de nêutrons. Isso definitivamente será detectável, mas a questão é: ele emitirá alguma luz que os telescópios mais tradicionais possam ver? Isso acontece quando o material da estrela de nêutrons é ejetado durante a fusão, gerando muita luz.
Os cientistas neste novo trabalho calcularam os números e descobriram que para uma estrela de nêutrons de 1,4 massas solares e 22 km de diâmetro, qualquer buraco negro maior do que cerca de 3,4 vezes a massa do Sol seria não ejete qualquer material! Essa é uma massa muito baixa para um buraco negro, e é muito improvável que vejamos qualquer massa tão baixa, especialmente uma com uma estrela de nêutrons que possa comer. Portanto, eles preveem que esse evento só será visto em ondas gravitacionais e não na luz. Por outro lado, isso é apenas para não giratório buracos negros e, na realidade, a maioria terá um giro rápido; não está claro o que aconteceria lá, mas imagino que muitas pessoas executarão seus modelos novamente para ver o que podem prever.
Ter o tamanho de uma estrela de nêutrons significa ser capaz de entender melhor o que acontece enquanto eles giram, já que seus campos magnéticos ridiculamente poderosos afetam o material ao seu redor, como eles agregam novo material e o que acontece perto do limite de massa entre uma estrela de nêutrons e um preto orifício. Ainda melhor, como o Observatório de ondas gravitacionais LIGO / Virgem As pessoas ajustam seus equipamentos e esperam que sua sensibilidade aumente, permitindo melhores observações de fusões de estrelas de nêutrons, que podem então ser usadas para restringir ainda mais as restrições de tamanho.
Sempre fui fascinado por estrelas de nêutrons e, para ser honesto, essa é a atitude correta. Eles são sobras de supernovas; eles colidem e fazem ouro, platina, bário e estrôncio; eles são a força motriz por trás dos pulsares; eles podem gerar rajadas de energia esmagadoras; e são os objetos mais densos que você ainda pode considerar como estando no Universo (o objeto físico dentro do horizonte de eventos de um buraco negro está para sempre além do nosso alcance). Quero dizer, Vamos lá . Eles estão surpreendente .
E isso os avalia.
