Невероятный лайв-блог о невероятном событии.
«Становится ясно, что в некотором смысле космос представляет собой единственную лабораторию, где когда-либо достигаются достаточно экстремальные условия для проверки новых идей в физике элементарных частиц. Энергии Большого взрыва были намного выше, чем мы можем когда-либо достичь на Земле. Таким образом, рассматривая свидетельства Большого взрыва и изучая такие вещи, как нейтронные звезды, мы, по сути, узнаем что-то о фундаментальной физике». - Мартин Рис
Если вы возьмете обычную материю - что-то, состоящее из протонов, нейтронов и электронов - и сожмете ее до упора, произойдет нечто невероятное. При достаточно высоких температурах и плотностях, что требует огромного количества массы, в сотни тысяч раз превышающей массу планеты Земля, происходит ядерный синтез, дающий начало живой звезде. Однако сожгите весь водород, и ядро вашей звезды будет состоять из гелия, который будет коллапсировать дальше и нагреваться до еще более высоких температур и плотностей. Достигните критической температуры, и гелий начнет гореть, образуя углерод. Через какое-то время у вас тоже закончится гелий, и ваше теперь уже углеродное ядро начнет сжиматься, нагреваться и становиться более плотным. На этом этапе может произойти одна из двух критических вещей.
Либо ваша звезда недостаточно массивна, чтобы воспламенить углерод, и в этом случае она мягко сдует свои внешние слои и сформирует белый карлик в центре: вырожденная масса атомов, масса которой, возможно, Солнце, а только физический размер Земли. Это звучит как невероятное состояние материи, но она все еще относительно разреженная, ее плотность «всего» в несколько сотен тысяч раз превышает плотность нашей планеты. Сами атомы достаточны, чтобы предотвратить дальнейшее развитие гравитационного коллапса.
Но если ваша звезда достаточно массивна, чтобы воспламенить углерод, следующая последовательность событий неизбежна:
- углерод будет сливаться с кислородом до тех пор, пока во внутреннем ядре не закончится углерод,
- кислородное ядро сожмется, нагреется и воспламенится, превратившись в кремний и серу,
- кремниево-серное ядро сжимается, нагревается и воспламеняется, превращаясь в железо, кобальт и никель,
- , где ядро из железа, кобальта и никеля больше не может воспламеняться и подвергается самопроизвольному коллапсу.
В зависимости от того, насколько массивно ядро, оно либо полностью схлопнется до черной дыры, либо - для подавляющего большинства звезд, которые претерпевают этот процесс - самые атомы перейдут из состояния протонов, нейтроны и электроны в шар из одних только нейтронов.
Эти массивные коллапсированные объекты представляют собой нейтронные звезды, масса которых в три раза превышает массу нашего Солнца, но они не больше большого города, такого как Вашингтон, округ Колумбия. Это одни из самых экстремальных объектов. в нашей Вселенной, и они позволяют нам исследовать удивительные вещи:
- Они позволяют нам исследовать пределы специальной и общей теории относительности: они вращаются со скоростью до 2/3 скорости света!
- Это самые плотные объекты, какие только могли быть до превращения в черную дыру: материи, превышающей массу Солнца, в объеме всего в несколько километров шириной!
- Некоторые нейтронные звезды пульсируют почти 1000 раз в секунду, создавая самые совершенные естественные часы во Вселенной.
- Нейтронные звезды в двойных системах испускают гравитационное излучение, и их орбиты распадаются, что является одним из наиболее важных и строгих тестов общей теории относительности сильного поля из-за невероятно искривленного пространства вокруг них.
- Сталкивающиеся нейтронные звезды не только создают черные дыры, но и создают большинство из самых тяжелых элементов - - - в нашей Вселенной.
- И они излучают весь спектр электромагнитного излучения благодаря магнитным полям, более чем в триллион раз более сильным, чем у Солнца: от радиоволн до гамма-лучей, в том числе от источников в галактике. центр!
Эти объекты содержат подсказки и, возможно, ключи к огромному количеству космических секретов, поэтому я рад, что Вики Каспи из Макгилла прочитала на прошлой неделе публичную лекцию в Институте Периметра.
Лекция началась в 19:00 по восточноевропейскому времени / 16:00 по тихоокеанскому времени в прошлую среду, и я вел блог в прямом эфире, как это происходило ниже. Лучший способ просмотреть его - посмотреть прямую трансляцию здесь:
www.youtube.com/watch?v=8YO-_uhhH6Y
и постоянно обновлять эту страницу в отдельной вкладке/окне и следить за моими комментариями. Наслаждаться!
15:46 (все времена Pacific в следующих обновлениях; публичная лекция начинается в 16:00): Мы начало живого блога в преддверии выступления! Для начала я отвечу на вопросы, которые пришли ко мне через различные социальные сети, и поделюсь ответами, насколько нам известно. Если вы хотите, чтобы на ваш вопрос во время выступления ответил я или спикер, опубликуйте его в Твиттере, используя хэштег piLIVE, чтобы получить шанс!
15:50: Почему нейтронные звезды не распадаются? Время жизни свободного нейтрона составляет всего около 15 минут, однако нейтронные звезды, почти полностью состоящие из нейтронов, не распадаются в течение по крайней мере сотен миллионов лет! Ответ заключается в том, что точно так же, как нейтроны в ваших атомных ядрах не распадаются благодаря энергии связи протонов и нейтронов посредством ядерных сил, гравитационная сила нейтронных звезд настолько велика, что даже нейтроны на поверхности не распадаются. иметь достаточно энергии для распада. Вы можете посчитать и спросить, насколько малой должна быть масса нейтронной звезды, чтобы она распалась, и она должна быть меньше массы Сатурна. Поскольку масса нейтронной звезды с наименьшей массой по-прежнему составляет более половины массы Солнца (и в тысячи раз больше массы Сатурна), мы в безопасности от распада нейтронной звезды.
15:55: Почему у нейтронных звезд состоящих из нейтральных веществ, таких как нейтроны , такие сильные магнитные поля? Есть три школы мысли:
- Звезды, из которых они происходят, имеют магнитные поля, и когда они коллапсируют в нейтронные звезды, этот поток закрепляется и остается, становясь более интенсивным из-за коллапса и свертки.
- Сами нейтроны обладают собственными магнитными моментами (поскольку они состоят из заряженных кварков), поэтому их движения объясняют магнитные поля.
- Нейтроны в нейтронных звездах составляют «всего» около 90% нейтронной звезды, причем около 9% составляют протоны и электроны. (С небольшим количеством «другого».) Протоны и электроны могут свободно двигаться, и они создают токи и, следовательно, магнитные поля.
Третье объяснение, скорее всего, правильное, но мы не знаем наверняка!
16:01: Почему нейтронные звезды такие сферические, если сверхновые асимметричны? Из-за гравитации: вы получаете столько массы в этом маленьком пространстве, и невероятная сила гравитации сделает вас сферической очень, очень быстро. На самом деле необходимость в том, чтобы нейтронная звезда была сферической, объясняет, почему первоначально быстро вращающаяся нейтронная звезда будет замедляться «всего» до 1/3-1/4 скорости света за счет гравитационного излучения: несферическая форма будет гравитационно излучать до тех пор, пока он не станет вращаться медленнее и, следовательно, станет более сферическим.
16:03: Разговор начинается! Какое своевременное начало! Браво, Институт Периметра!
16:04: «Звезды» - это не Линдси LNN -0,16% Лохан или Джастин Бибер (и не потому, что это не т 2009 тоже), но это тоже не те вещи, о которых вы думаете. По крайней мере, не для Каспи! Она будет говорить о нейтронных звездах, которые очень, очень отличаются от того, что мы традиционно считаем «звездами». Во-первых, они ничего не сплавляют!
16:07: Вот как можно стать нейтронной звездой: массивной звездой, которая становится сверхновой (тип II сверхновой из-за коллапса ядра), но она недостаточно массивна, чтобы стать черной дырой. Между 8 и 20, 30 или 40 массами Солнца получается нейтронная звезда, между прочим, где верхний предел неясен.
16:10: Одна из самых забавных «нейтронных звезд» находится в центре Крабовидной туманности. В 1054 году многие культуры наблюдали сверхновую, яркую, как полумесяц. (Каспи говорит о полной Луне, но это не совсем так.) Но сверхновой звезды в нашей галактике не было уже более 100 лет. Последнее, что мы видели невооруженным глазом, было в 1604 году - «сверхновая Кеплера», - но с тех пор у нас было как минимум две: одна в Кассиопее в конце 1600-х годов и одна в конце 1800-х годов ближе к галактическому центру, когда мы обнаружили только несколько десятилетий назад!
16:12: Для тех из вас, кто настроен скептически, вот фотография сверхновой с Чандры (вверху): G1 0,9+0,3. Но это была сверхновая типа Ia, взорвавшаяся примерно в 1868 году; вам нужен Тип II, чтобы сделать нейтронную звезду!
16:15: Если вы хотите найти нейтронную звезду, кстати, вы не смотрите в видимом свете; они слишком тусклые по сравнению с другими звездами. Вместо этого вы обычно смотрите в радио, используя телескоп (телескоп Грин-Бэнк, диаметром 100 метров, является самым большим управляемым радиотелескопом в мире) и слушаете «импульсы», которые излучаются полюсом нейтронной звезды.
16:18: Вот что происходит: любая нейтронная звезда, вокруг которой есть вещество - например, от двойного компаньона - будет ионизировать окружающее вещество, а затем ускорить его магнитным полем. Он излучается «вниз по полюсам» нейтронной звезды, и когда нейтронная звезда вращается, всякий раз, когда этот полюс «указывает» на вас, вы получаете радиоимпульс. Вот почему мы слышим «тиканье» пульсара через равные промежутки времени.
pilive Вот что случилось бы со светом, если бы Эйнштейн включил фонарик на нейтронной звезде? pic.twitter.com/cUf1b1eYzR
- Кит (@laughchem) 4 февраля 2016 г.
16:20: Вот забавный вопрос из Твиттера (отправьте свои вопросы в Твиттере, используя хэштег piLIVE): это то, что сделал бы свет на поверхности нейтронной звезды? Это зависит; свет может выйти из-под поверхности нейтронной звезды, поэтому он изгибается «вниз», но не так быстро! Если вы выстрелите им параллельно поверхности нейтронной звезды, он очистит нейтронную звезду, и хотя он будет сильно изогнут, он не столкнется с поверхностью звезды.
16:23: Существуют ли протонные звезды? Да, они делают; их называют «звездами». Они состоят из протонов… а также электронов. На самом деле, по количеству атомов даже Солнце, которое горит уже около 4,5 миллиардов лет, все еще примерно на 87% состоит из протонов по количеству ядер.
16:26: Самый большой неуправляемый радиотелескоп на Земле находится в Аресибо, Пуэрто-Рико. Это более 500 метров (почти треть мили) в поперечнике!
16:28: Отметьте! Здесь вы можете послушать пульсары и услышать, как вещи переходят от «тиканья» к реальным звукам, как звучат настоящие усилители/механические вибраторы/динамики! (Извини, Николь Гульуччи, я знаю, что это тебя так злит!)
16:31: И если вы хотите послушать музыку Терзана 5, шарового скопления, она сейчас играет. Вам повезло, что вы слышите только пульсары внутри одного или двух одновременно, а не какофонический обломок, который вы бы услышали, если бы это были все сразу! Это было бы настолько негармонично, что Бек походил бы на Баха.
16:37: Пришло время поговорить о нашей первой экстремальной системе: двойном пульсаре. То, что здесь происходит, поистине удивительно. В отличие от теории Ньютона, где вы вращаетесь вокруг чего-то, вы в конце концов возвращаетесь в исходное положение, в общей теории относительности ваша орбита затухает! Для Земли вокруг Солнца вы бы хотели жить так долго (это занимает каких-то 10¹⁵⁰ лет), но для этих нейтронных звезд орбита меняется на промежутке времени месяцев! Рассел Халс и Джо Тейлор увидели двойной пульсар - пульсар, вращающийся вокруг другого коллапсировавшего объекта - , и обнаружили, что его орбита затухает в соответствии с Эйнштейном, и получили за это Нобелевскую премию в начале 1990-х (поправка, 1994).
16:41: Еще одна забавная вещь: ведь энергия должна сохраняться, а частично распавшаяся орбита находится в более низком энергетическое состояние отличается от исходного, от него должно исходить гравитационное излучение. Надежда нынешних и будущих гравитационно-волновых обсерваторий - LIGO и LISA - надеются найти их!
16:44: Удачный двойной пульсар: мы ориентируемся менее чем на 1 градус, наклоненный к плоскости орбиты двойного пульсара что мы обнаружили; как удачно!
16:45: Эйнштейн предсказывает, что магнитосферы этих пульсаров должны затмевать другие, и что импульсы одного должны быть скрыты другой примерно на 30 секунд каждые несколько часов. Кроме того, орбиты и магнитосферные затмения должны прецессировать с определенной скоростью, также предсказанной общей теорией относительности. Вы поставили на Эйнштейна? Вы должны иметь!
16:48: И одна из забавных вещей, которая была немного неожиданной: во время затмения немного потока из-за фона пробирается пульсар! Это было неожиданностью, поэтому Каспи и ее сотрудники смоделировали магнитосферу и увидели, что получилось. Ты снова поставил на Эйнштейна? Я хочу сказать, что это хорошая теория: в этом году она празднует свое 101-летие, все еще проверяется по-новому, и все еще оказывается верной!
16:54: «Мышиные» галактики (потому что у них есть хвосты) имеют сливающиеся черные дыры, и как гравитационная рябь проходят через пульсары, мы сможем создать временной массив пульсаров и увидеть, как пространство искривляется этими волнами, и, следовательно, как меняется время пульсаров, когда волны проходят через них!
16:56: Впервые! Это самая первая публичная лекция Периметра, которую я когда-либо видел, которая не просто закончилась вовремя, а фактически закончилась рано! Это был хороший разговор, а теперь пришло время вопросов. Так держать, Вики; это было здорово!
16:58: Был вопрос о наблюдении мюонов от пульсаров или за пульсарами, и есть причина, по которой ответ отрицательный что она пропустила: мюоны имеют среднее время жизни 2.2 микросекунды, но ближайший к нам пульсар находится в сотнях, если не тысячах световых лет! Даже при сверхвысоких энергиях - даже при энергии около 10²⁰ эВ (при GZK-отсечке) - каждый мюон все равно будет иметь 99,99999% + вероятность распада до того, как достигнет вас. Придерживайтесь стабильных частиц!
17:02: Нейтронные звезды не обязательно должны быть в двойных системах, но им нужно что-то, к чему можно прирасти. Нам известно около 2500 пульсаров, но только около 4% находятся в двойных системах. Вам должно повезти, потому что сверхновые - это катастрофа, поэтому выживает лишь небольшой процент двойных систем. Вы слышали о двоичных системах, потому что из них мы можем узнать гораздо больше!
17:05: Почему не все нейтронные звезды являются пульсарами? Это тяжело! Потому что, если вы найдете нейтронную звезду, которая не пульсирует, возможно, она не пульсирует на вас! В двойном пульсаре один из них, на самом деле - тот, который они называют «Пульсаром B», - больше не указывает на нас. Другими словами, пока есть материал для ускорения, вы получите пульсар. Так что они, вероятно, все пульсируют, но, возможно, только не для вас. Вам должно повезти с пульсарами!
17:08: Мы дошли до конца, но это было здорово! Спасибо, что присоединились ко мне в прямом эфире блога, и я надеюсь, что вам понравилось, и вы нашли разговор познавательным, а живой блог отличным дополнением к нему!
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и ознакомьтесь с нашей первой книгой: Beyond The Galaxy, доступной уже сейчас, а также с нашей богатой наградами кампанией Patreon!