Структура нейтронных звезд зависит от их массы

Нейтронная звезда образуется, когда в конце жизненного цикла массивной звезды происходит взрыв сверхновой. Остается звездное ядро, в котором масса одного или двух солнц сжата до диаметра всего 20-30 км.

Огромная гравитация превращает нейтронные звезды в самые совершенные космические сферы. Внутри них плотность и давление настолько высоки, что распадаются даже атомы и остаются одни нейтроны. Предполагается, что в ядре образуется экзотическое сверхтекучее состояние материи.

Однако природу недр нейтронных звезд пока можно реконструировать лишь теоретически, так как экстремальные условия внутри них в земных лабораториях воспроизвести невозможно Поэтому в настоящее время существует множество различных физических моделей, пытающихся описать строение нейтронных звезд при помощи уравнений состояния.

Важным параметром в этих уравнениях является скорость звука в плотном веществе, предоставляющая информацию о том, насколько жесткой и твердой является среда. В случае нейтронных звезд ее можно использовать для определения того, насколько хорошо плотная, сжатая материя может выдерживать огромное давление гравитации. Чем тверже и жестче экзотическая нейтронная смесь в ядре звездного остатка, тем быстрее в нем распространяется звук.

Команда Лучано Резоллы из франкфуртского Университета Гёте к настоящему времени составила более миллиона уравнений состояния недр нейтронных звезд и сравнила их с астрономическими наблюдениями и ядерно-физическими параметрами. Как и ожидалось, у поверхности нейтронных звезд скорость звуковых волн не максимальна, поскольку материя там менее плотная и их поведение во многом не зависит от массы.

Однако по мере углубления скорость звуковых волн увеличивается, пока не достигнет максимального значения. Это происходит со всеми нейтронными звездами выше определенной массы. Однако положение этого максимума очень сильно зависит от их массы. В легких звездных остатках массой до 1,7 солнечных звуковые волны быстрее всего распространяются в ядре — поэтому это самая твердая и жесткая часть нейтронной звезды.

Но с увеличением массы максимум звуковых волн нейтронных звезд смещается ближе к поверхности. У тяжелых объектов он находится даже во внешних слоях, поэтому эти звездные остатки снаружи тверже, чем внутри.

Следовательно, структура нейтронных звезд бывает очень разной и зависит от их массы, что можно сравнить с консистенцией различных видов шоколадных конфет.

«Легкие нейтронные звезды напоминают пралине с твердым орехом, покрытым мягким шоколадом. И наоборот, тяжелые звезды больше похожи на пралине с твердой шоколадной оболочкой и кремовой, мягкой начинкой. Это чрезвычайно интересный результат, потому что он проливает свет на то, насколько может сжиматься ядро ​​нейтронной звезды».
Лучано Резолла

Пока эти выводы основаны только на теоретических моделях, но может появиться шанс проверить их с помощью астрономических наблюдений, так как жесткость нейтронной звезды может проявиться в столкновениях таких звездных остатков. Это свойство связано со значением, которое можно измерить непосредственно в гравитационных волнах. Детекторы гравитационных волн, например: LIGO, Virgo, KAGRA - помогут разобраться во внутренней структуре различных нейтронных звезд и уточнить общие теоретические модели.

«Эти открытия сыграют особенно важную роль в составлении неизвестного в настоящее время уравнения состояния с использованием будущих гравитационно-волновых измерений столкновений нейтронных звезд».
Соавтор исследования Кристиан Экер, Тринити-колледж, Дублин

Источник информации и фото: scinexx.de

Астрономы раскрыли тайну звезды Гамма Колумба

Менее чем в тысяче световых лет от нас, в созвездии Голубя, находится Гамма Колумба - звезда с темным прошлым, которое теперь раскрыла международная исследовательская группа. Звезда когда-то составляла более массивную половину бинарной системы.

Они сближались все больше и больше, пока звезда, наконец, не проглотила своего меньшего партнера, потеряв при этом свою внешнюю оболочку. То, что можно наблюдать на Гамме Колумба сегодня, по сути, является сердцем первоначальной звезды, пишут в Nature Astronomy астрономы.

Расточительные гигантские звезды

Немногим менее ста лет назад стало известно, что звезды генерируют огромную энергию своего света путем ядерного синтеза: превращения глубоко внутри звезды водорода в гелий при температуре в многие миллионы градусов Цельсия. Этот синтез происходит в круговом процессе, в котором выступают как катализаторы углерод, азот, кислород. Это приводит к характерному обогащению азотом ядра звезды.

Поскольку очень массивные звезды расточительно расходуют свою ядерную энергию, они существуют всего несколько миллионов лет, прежде чем исчезнуть в результате гигантского взрыва - сверхновой. Эту ядерную эволюцию обычно нельзя наблюдать непосредственно, поскольку очень плотные звездные оболочки, поверхностный слой звезды, экранируют горячий центральный термоядерный реактор. Поэтому предсказания моделей звездной эволюции могут быть проверены только многочисленными наблюдениями звездных поверхностей.

Загадочная композиция

В течение многих лет Андреас Ирганг (Университет Эрлангена-Нюрнберга) и Норберт Пшибилла (Университет Инсбрука) наблюдали за массивными звездами, анализируя спектроскопические изображения многих звезд с помощью сложных моделей. Теперь они сделали уникальное открытие: звезда Гамма Колумба в южном созвездии Голубя на расстоянии 900 световых лет показала необычный химический состав своей поверхности.

Изображение показывает звезду, которая, вероятно, имеет ту же историю, что и Гамма Колумба

Она значительно отличается от того, что можно было бы ожидать от звезд аналогичной массы. Вместе с Жоржем Мейне, ведущим теоретиком звездной эволюции из Женевского университета, ученые нашли этому объяснение.

Космический стриптиз

Они пришли к выводу, что Гамма Колумба, которая, как подозревают исследователи, когда-то принадлежала к бинарной системе и вращалась вместе со звездой-партнером вокруг общего гравитационного центра, потеряла свою оболочку, когда поглотила свою двойную звезду. Это нормально для бинарных звезд - постоянно сближаться друг с другом и в результате терять энергию.

Если две звезды расположены близко друг к другу, гравитационные волны, вызывающие потерю энергии, будут сильными и окажут значительное воздействие - как, должно быть, и произошло в данном случае. В случае с Гамма Колумба, этот процесс обнажил звездное ядро, так сказать, сердце звезды. Это позволяет предположить, что Гамма Колумба может быть обнаженным ядром того, что изначально было гораздо большей звездой в бывшей бинарной системе.

Скоро взрыв

Исходя из найденного состава, можно предположить, что Гамма Колумба достигла примерно 90 процентов своего расчетного срока службы, который составляет добрых десять миллионов лет. Это означает, что до взрыва ей осталось жить менее двух миллионов лет. До тех пор она представляет собой удивительный объект исследования, который астрономы могут использовать для детального изучения прошлого и будущего бинарных звезд.

Источник информации и фото: derstandard.at

Как нейтронная звезда опровергла прежние теории

Во время гамма-всплеска была неожиданно обнаружена долго живущая нейтронная звезда, что стало возможным благодаря предшествующим измерениям гравитационных волн.

Это был необычный танец двух нейтронных звезд, со времени исполнения которого в созвездии Гидры минуло приблизительно 140 миллионов лет. Медленно сближаясь, они все быстрее вращались по орбите и излучали так много энергии (гравитационных волн), что в какой-то момент столкнулись и слились в новую нейтронную звезду, настолько огромную, что она коллапсировала в черную дыру, где за непрозрачной завесой горизонта событий два космических танцора нашли свой конец.

События, подобные этому, чрезвычайно редки - для этого нужна не просто бинарная система, в которой оба солнца стали сверхновой и были подходящего размера, чтобы в итоге превратиться в нейтронные звезды. Для этого нужен также идеальный момент в их миллиарднолетней жизни. Но поскольку звезд так много, подобные события происходят с большой регулярностью.

Первые наблюдения гравитационных волн световыми телескопами

Это конкретное событие необычно тем, что впервые на Земле его смогли наблюдать различные детекторы, включая три установки, впервые созданные для обнаружения гравитационных волн, зарегистрировавшие в 2017 году сигнатуру, которую можно интерпретировать только как слияние нейтронных звезд. В это же время несколько телескопов по всему миру смогли зарегистрировать сильную вспышку света в гамма-диапазоне.

Определение направления сигнала гравитационной волны, ставшее возможным благодаря одновременному успешному измерению всеми тремя детекторами, позволило показать, что короткая гамма-вспышка и гравитационные волны исходили от одного и того же источника. Последние, однако, в отличие от гамма-сигнала, позволяют определить природу эффекта как столкновение нейтронных звезд и даже определить их массу. Таким образом, впервые было выяснено происхождение гамма-всплесков. Это открытие стало сенсацией и первым большим успехом для молодой гравитационно-волновой астрономии.

Это нее "художественное", а реальное телескопическое изображение нейтронной звезды в Крабовидной туманности

Уже первые наблюдения гравитационных волн не только отмечались как демонстрация правильности теории относительности, но и подогревали надежды на создание нового канала для наблюдения космических событий. Именно поэтому совместное измерение слияния нейтронных звезд по широкому спектру каналов было столь значительным. Результат, о котором сейчас сообщают исследователи, основывается непосредственно на этом выводе и доказывает, что надежды на новое понимание были оправданы.

Моделирование слияния двух нейтронных звезд в черную дыру на основе данных гравитационно-волновых измерений Ligo и Virgo

Необъяснимое долголетие

Это наблюдение противоречит предыдущим моделям. Образовавшаяся при слиянии "танцующей пары" нейтронная звезда стала столь велика, что должна была коллапсировать в черную дыру в течение долей секунды. Но данные свидетельствуют о том, что она просуществовала около суток. Источником гамма-всплеска являются экстремальные процессы в аккреционном газовом диске, происходящие, как ранее предполагалось, с нейтронной звездой после ее коллапса в черную дыру. Но гамма-лучи показали типичные следы нейтронной звезды, выбрасывающей газ в космос газ почти со скоростью света.

Только благодаря снимкам гравитационных волн, полученным в 2017 году, можно стало понять, что это вообще было слияние нейтронных звезд. Однако неясно, почему гигантское небесное тело не разрушилось мгновенно, а еще довольно долго продолжало собирать газ из своего аккреционного диска. Это может быть связано с его сильным вращением, центробежные силы которого противодействуют сильному гравитационному притяжению.

Важным для наблюдений, в которых исследователи использовали несколько различных телескопов, было применение автоматической системы, активированной в ответ на сигнал гамма-излучения, обнаруженный космическим телескопом Swift компании Nasa Нила Герела. Затем Ливерпульский телескоп, стоящий на Канарских островах, смог автоматически настроиться на событие и запечатлеть его оптический отклик.

Новые возможности благодаря гравитации и нейтрино

Результат - это пример новой астрономии, использующей в качестве источника информации не только свет, но и другие технические возможности наблюдения. В дополнение к гравитационно-волновой астрономии, которая уже доказала свою полезность, детектор Ice-Cube недавно продемонстрировал свою способность наблюдать небо, обнаружив высокоэнергетические нейтрино из центра близлежащей скрытой за пылью галактики Messier 77, что указывает на гигантскую черную дыру внутри.

Источник информации и фото: derstandard.at

Могли ли в условиях Марса выжить бактерии?

Под поверхностью Марса все еще могут быть бактерии, такие как Deinococcus radiodurans, которая смогла бы выжить даже на враждебной планете.

Ученые во главе с Уильямом Хорном из Университета медицинских наук США (USUHS) в Мэриленде обнаружили, что  в  условиях Марса бактерии могут выживать дольше, чем считалось ранее. В эксперименте они смоделировали окружающую среду красной планеты: космическое излучение, высокоэнергетические частицы солнечного ветра, мороз, засуху.

Исследователи обнаружили, что на поверхности эти условия всего через несколько часов убивают даже бактерию Deinococcus radiodurans. Затем этот экстремофильный микроорганизм, ласково прозванный «бактерией Конана», был похоронен всего в десяти сантиметрах под поверхностью Марса, что увеличило срок его жизни до 1,5 миллионов лет, а на глубине десяти метров даже до 280 миллионов лет.

По словам коллеги Хорна Майкла Дейли, этого было бы недостаточно, чтобы пережить от 2 до 2,5 миллиардов лет после исчезновения на Марсе проточной воды.

«Подобная марсианская среда, однако, постоянно меняется и плавится под воздействием метеоритов. Мы предполагаем, что периодическое таяние может привести к временной повторной колонизации и расселению».
Майкл Дейли

Таким образом, если микроорганизм, подобный Конану, эволюционировал, когда на Марсе еще присутствовала вода, его живые останки могут все еще дремать глубоко под землей. А потому их смогут обнаружить будущие марсианские миссии.

Тем не менее, такие миссии также таят в себе риск, потому что полеты на Марс могут не только загрязнить планету земными бактериями и таким образом затруднить поиск внеземной жизни. Этот процесс будет двусторонним: образцы с Марса могут принести с собой внеземные бактерии и загрязнить нашу собственную планету.

«Наши модельные организмы представляют прямое загрязнение Марса и обратное загрязнение Земли, которых следует избегать».
Майкл Дейли

Источник информации и фото: wissenschaft.de

Почему разумные инопланетяне нас не посещают?

Только в Млечном Пути насчитывается 100 квадрильонов звезд, и даже если не у всех из них есть планеты, то по галактике должны бродить десятки высокоразвитых инопланетных цивилизаций. Так почему же мы их не видели? Этот вопрос, известный ученым как Парадокс Ферми, ставит в тупик экспертов уже более 70 лет. Нил Деграсс Тайсон, ведущий американский астрофизик, предложил три основных решения загадки:

1. Возможно, дальние космические путешествия намного сложнее, чем мы думаем. Скорость света свыше 1000 км / час, но есть веские научные причины, по которым космический корабль никогда не сможет достичь такой скорости. Однако даже всего с 10 % от этой скорости исследователь мог бы за миллион лет пересечь всю нашу галактику, а развитая инопланетная цивилизация вполне могла возникнуть где-то в галактике более миллиона лет назад.

Однако мечта «Звездного пути» об исследовании галактики на значительной доле скорости света просто невозможна. Самая высокая скорость, которую до сих пор достигал космический корабль с Земли, составляет 364 660 миль в час, что было достигнуто солнечным зондом Parker чуть более года назад. При такой скорости потребовалось бы почти 8000 лет, чтобы достичь ближайшего соседа Солнца, Проксимы Центавра.

2. Но если инопланетяне могут путешествовать с невероятной скоростью, может быть очень простая причина, по которой они не посетили нас: мы просто недостаточно умны. По меркам сверхразвитой цивилизации человечество может быть слишком примитивными, чтобы вступать в контакт.

3. Более драматичная возможность - это не "Звездный путь", а "Звездные войны". Могло возникнуть несколько развитых цивилизаций. Каждая из них могла попытаться колонизировать перекрывающиеся регионы галактики. Это привело к серии межзвездных войн, что похоже на конфликты между соперничающими империями на Земле в предыдущие века. А когда по всей галактике бушует война, сверхцивилизации, существовавшие до нас, были просто слишком заняты, чтобы посетить нашу маленькую заводь на краю галактики Млечный путь.

Источник информации и картинок: dailystar.co.uk

Картина звездообразования в галактике NGC 4324

Группа российских астрономов из МГУ, возглавляемая Ириной Прошиной, изучила картину звездообразования в кольце NGC 4324 с помощью 2,5-метрового телескопа, принадлежащего Кавказской горной обсерватории.

Исследование было дополнено архивными снимками из обзоров SDSS, GALEX и WISE. Исследователи пишут в статье:

"Мы решили получить полные изображения галактики NGC 4324 в узких фотометрических полосах с центром на эмиссионных линиях Hα и [NII]λ6583 с помощью прибора MaNGaL - картографа с перестраиваемым фильтром. Наблюдения были проведены 17 апреля 2018 года..."

Всего в ходе исследования было обнаружено 18 молодых звездообразующих комплексов (сгустков) со средним размером около 1600 световых лет. Самые крупные, как оказалось, имеют предполагаемую звездную массу, достигающую 10 миллионов солнечных.

Полученные результаты позволяют предположить, что с начала вспышек звездообразования в этих скоплениях прошло не более 10 миллионов лет. Астрономы объяснили, что звезды, которые могли образоваться во время предыдущей вспышки, - с тех пор минуло приблизительно 200 миллионов лет - уже не могут внести свой вклад в дальнюю ультрафиолетовую (FUV) светимость, так как они уже взорвались, или их пик светимости сместился в ближний ультрафиолет (NUV), что и привело к наблюдаемому провалу в FUV в скоплениях.

Согласно результатам исследования, в распределении звездообразующих скоплений в кольце NGC 4324 существует закономерность. Это говорит о том, что физические механизмы звездообразования в локальных масштабах одинаковы в спиральных и линзовидных галактиках.

Исследователи пришли к выводу, что полученные ими данные подтверждают гипотезу о возможном питании диска в NGC 4324 газом за счет падения галактик-спутников, богатых газом, или гигантских облаков.

"Из-за гравитационной нестабильности в кольце образуются сгустки, в которых разгорается звездообразование. Последующими триггерами звездообразования в газообразном кольце, вероятно, являются ударные волны от эволюционирующих комплексов массивных OB-звезд - первых образовавшихся скоплений молодых звезд в газообразных сгустках^

Кроме того, триггером очередной вспышки звездообразования может послужить падение спутника или гигантского газового облака на галактический диск. Таким образом, наблюдаемая нами цепочка "газообразные скопления - звездные комплексы" является цепочкой распространения звездообразования как в пространстве (в кольце), так и во времени".

Источник информации и фото: phys.org

Астероид Рюгу из внешней Солнечной системы

Сегодня астероид Рюгу вращается в околоземном пространстве, но изотопные аномалии указывают на его происхождение из внешней Солнечной системы. Присутствие в нем нескольких тяжелых элементов, таких как железо, титан и хром, свидетельствует, что каменистая глыба должна была возникнуть за пределами Юпитера и Сатурна — возможно, даже в районе Урана и Нептуна, сообщают исследователи в Science Advances.

Долгое время предполагалось, что все астероиды Солнечной системы образовались локально - во внутренней области бывшего первобытного облака. Но в последние годы в поясе астероидов найдены объекты, которые не вписываются в эту картину: одни их них напоминают вымершие кометы, другие необычайно богаты металлами или углеродом.

Это вызывает еще больший интерес к образцам зонда «Хаябуса-2», принадлежащего Японии. Они собраны с астероида Рюгу весной 2019 г. и доставлены на Землю под конец 2020 г. Возраст этого удивительного ромбовидного астероида, расположенного вблизи Земли, составляет приблизительно 4,5 млрд лет, что делает его реликтом раннего периода существования Солнечной системы.

Откуда прибыл Рюгу?

Орбита этого объекта позволяет предположить, что он происходит из внутренней основной части пояса астероидов. Однако первоначальные химические анализы вызвали сомнения в этом, и некоторые исследователи даже предполагают наличие в Рюгу "оттаявшего" кометного ядра.

Новые анализы проливают свет на происхождение загадочного астероида. Команда Тимо Хоппа из Чикагского университета проанализировала четыре образца астероида и, для сравнения, 13 различных метеоритов на предмет содержания в них изотопов железа.

Изотопные аномалии

Анализ показал, что в большинстве метеоритов наблюдается явный избыток изотопа железа 54Fe. В образцах астероида Рюгу, однако, доля этого изотопа железа была значительно ниже, как и в трех метеоритных образцах углеродистых хондритов типа Cl. Эти редкие каменистые метеориты так называемого типа Ивуна содержат относительно много углерода и считаются особенно древними.

В дополнение к аномалиям изотопов железа эти метеориты демонстрируют аномалии и других тяжелых элементов, таких как титан, хром, молибден. Кроме того, как эти метеориты, так и Рюгу содержат относительно много летучих веществ. Это показали параллельные анализы образцов, проведенные другой исследовательской группой.

«Дитя внешней Солнечной системы»

Хопп и его команда пришли к выводу, что Рюгу не мог возникнуть ни во внутренней части Солнечной системы, ни в поясе астероидов. Место его происхождения должно быть значительно дальше: за Юпитером и Сатурном, возможно, даже в сфере влияния Урана и Нептуна.

«Все исследования показывают, что Рюгу, как и углеродистые хондриты, -— дитя внешней Солнечной системы».
Тимо Хопп

Сформировавшиеся на ледяном внешнем краю первобытного облака астероиды изменили свое положение, когда две большие газовые планеты Юпитер и Сатурн переместились внутрь, а Уран и Нептун, взаимодействуя друг с другом, поменялись местами. Это создало турбулентность, которая также привела астероиды, вращающиеся по орбитам далеко снаружи, внутрь, в пояс астероидов.

Источник информации и фото: scinexx.de