Η αστροφυσική εξηγεί περίεργα αποτελέσματα από παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων

Στα μεταγενέστερα στάδια του σχηματισμού δυαδικού αστέρα νετρονίων, το γιγαντιαίο αστέρι διαστέλλεται και καταβροχθίζει τον σύντροφο του αστέρα νετρονίων σε μια φάση που αναφέρεται ως συν-εξέλιξη (α). Η απέλαση του μανδύα αφήνει το αστέρι νετρονίων σε στενή τροχιά με ένα αστέρι απογυμνωμένο από το μανδύα του. Η εξέλιξη του συστήματος εξαρτάται από την αναλογία μάζας. Λιγότερο ογκώδη γυμνά αστέρια περνούν μια επιπλέον φάση μεταφοράς μάζας που αυξάνει την απογύμνωση του αστέρα και την ανακύκλωση του συντρόφου του πάλσαρ, οδηγώντας σε συστήματα όπως τα παρατηρούμενα δυαδικά αστέρια νετρονίων στον Γαλαξία και το GW170817 (β). Τα πιο ογκώδη αστέρια δεν επεκτείνονται τόσο, αποφεύγοντας έτσι την περαιτέρω αφαίρεση και συνοδεύοντας την ανακύκλωση, οδηγώντας σε συστήματα όπως το GW190425 (c). Τέλος, ακόμη και τα πιο ογκώδη γυμνά αστέρια θα έχουν ως αποτέλεσμα δυαδικά αστέρια μαύρης τρύπας-νετρονίων όπως το GW200115 (d). Πίστωση: Vigna-Gomez et al. , ApJL 2021

Οι αστροφυσικοί εξηγούν την προέλευση των ασυνήθιστα βαρέων δυαδικών αστέρων νετρονίων

Προσομοιώσεις εκρήξεων σουπερνόβα τεράστιων αστεριών που σχετίζονται με αστέρια νετρονίων μπορούν να εξηγήσουν τα αινιγματικά αποτελέσματα των παρατηρητηρίων βαρυτικών κυμάτων.

Μια νέα μελέτη δείχνει πώς η έκρηξη ενός τεράστιου αστεριού γυμνού σε μια σουπερνόβα μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός βαρύ αστέρα αστέρι νετρονίων ή φως Μαύρη τρύπα Λύνει ένα από τα πιο δύσκολα μυστήρια που προέκυψαν από την ανακάλυψη συγχωνεύσεων αστέρων νετρονίων από παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων Lego Και η παρθένα.

Η πρώτη ανίχνευση βαρυτικά κύματα Με το Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) το 2017, ήταν μια συγχώνευση αστέρων νετρονίων που ανταποκρίνεται κυρίως στις προσδοκίες των αστροφυσικών. Αλλά η δεύτερη ανακάλυψη, το 2019, ήταν η συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων των οποίων η συνδυασμένη μάζα ήταν απροσδόκητα μεγάλη.

READ  Τέσσερις πρόσφατα ανακαλυφθέντες πλανήτες που θα μπορούσαν να βοηθήσουν να δώσουν νέες γνώσεις για το πώς ήταν η Γη στις πρώτες μέρες της

«Soταν τόσο συγκλονιστικό που έπρεπε να αρχίσουμε να σκεφτόμαστε πώς να δημιουργήσουμε ένα βαρύ αστέρι νετρονίων χωρίς να το καταφέρουμε πάλσαρδήλωσε ο Enrico Ramirez Ruiz, καθηγητής αστρονομίας και αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Κρουζ.

Τα συμπαγή αστροφυσικά αντικείμενα όπως τα αστέρια νετρονίων και οι μαύρες τρύπες είναι δύσκολο να μελετηθούν επειδή όταν είναι σταθερά τείνουν να είναι αόρατα, χωρίς να εκπέμπουν ανιχνεύσιμη ακτινοβολία. “Αυτό σημαίνει ότι είμαστε προκατειλημμένοι σε αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε”, εξήγησε ο Ramirez-Ruiz. «Εντοπίσαμε δυαδικά αστέρια νετρονίων στον γαλαξία μας όταν ένα από αυτά είναι πάλσαρ και οι μάζες αυτών των πάλσαρ είναι σχεδόν όλες ίδιες – δεν βλέπουμε βαριά αστέρια νετρονίων».

Η ανίχνευση της LIGO για τα βαριά αστέρια νετρονίων που συγχωνεύονται με ρυθμό παρόμοιο με το ελαφρύτερο δυαδικό σύστημα σημαίνει ότι τα ζεύγη βαρέων αστέρων νετρονίων θα πρέπει να είναι σχετικά κοινά. Γιατί λοιπόν δεν εμφανίζονται σε συστάδες πάλσαρ;

Στη νέα μελέτη, ο Ramirez Ruiz και οι συνεργάτες του επικεντρώνονται σε σουπερνόβα γυμνών αστέρων σε δυαδικά συστήματα που μπορούν να σχηματίσουν «διπλά συμπιεσμένα σώματα» που αποτελούνται είτε από δύο αστέρια νετρονίων είτε από ένα αστέρι νετρονίων και μια μαύρη τρύπα. Ένα γυμνό αστέρι, που ονομάζεται επίσης αστέρι ηλίου, είναι ένα αστέρι στο οποίο έχει αφαιρεθεί ο φάκελος του υδρογόνου μέσω των αλληλεπιδράσεών του με ένα αστέρι σύντροφο.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 8 Οκτωβρίου 2021, στο Επιστροφές Επιστροφών Αστροφυσικής, με επικεφαλής τον Alejandro Vigna Gomez, αστροφυσικό στο Ινστιτούτο Niels Bohr του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, όπου ο Ramirez-Ruiz κατέχει Καθηγητής Niels Bohr.

“Χρησιμοποιήσαμε λεπτομερή αστρικά μοντέλα για να παρακολουθήσουμε την εξέλιξη ενός γυμνού αστέρα μέχρι τη στιγμή που εξερράγη σε σουπερνόβα”, δήλωσε ο Vigna Gomez. «Μόλις φτάσουμε στην εποχή της σουπερνόβα, κάνουμε μια υδροδυναμική μελέτη, όπου μας ενδιαφέρει να παρακολουθήσουμε την εξέλιξη του εκρηγμένου αερίου».

READ  Κρούσματα γρίπης των πτηνών στα σύνορα του East Staffordshire

Το γυμνό αστέρι, σε ένα δυαδικό σύστημα με ένα σύντροφο νετρονικό σύντροφο, ξεκινά με δέκα φορές τη μάζα του Sunλιου μας, αλλά είναι πολύ πυκνό και μικρότερο από τη διάμετρο του Sunλιου. Και το τελευταίο στάδιο στην εξέλιξή του είναι μια έκρηξη σουπερνόβα, η οποία αφήνει πίσω της είτε ένα αστέρι νετρονίων είτε μια μαύρη τρύπα, ανάλογα με την τελική μάζα του πυρήνα.

Τα αποτελέσματα της ομάδας έδειξαν ότι όταν το τεράστιο αστέρι εκρήγνυται, μερικά από τα εξωτερικά του στρώματα αποβάλλονται γρήγορα από το δυαδικό σύστημα. Ωστόσο, μερικά από τα εσωτερικά στρώματα δεν εκτοξεύονται και τελικά επιστρέφουν στο νεοσυσταθέν συμπαγές αντικείμενο.

“Η ποσότητα της ύλης που συσσωρεύεται εξαρτάται από την ενέργεια της έκρηξης – όσο περισσότερη ενέργεια, τόσο λιγότερη μάζα μπορείτε να κρατήσετε”, δήλωσε ο Vigna Gomez. «Για το άστρο μας με 10 ηλιακές μάζες, εάν η ενέργεια της έκρηξης είναι χαμηλή, θα σχηματίσει μια μαύρη τρύπα · αν η ενέργεια είναι μεγάλη, θα διατηρήσει λιγότερη μάζα και θα σχηματίσει ένα αστέρι νετρονίων».

Αυτά τα αποτελέσματα όχι μόνο εξηγούν το σχηματισμό δυαδικών συστημάτων βαρέων αστέρων νετρονίων, όπως αυτά που αποκαλύφθηκαν από το γεγονός βαρυτικού κύματος GW190425, αλλά επίσης προβλέπουν τον σχηματισμό δυαδικών αστέρων νετρονίων και ελαφρών μαύρων οπών, όπως αυτά που συγχωνεύθηκαν στον βαρυτικό κύκλο του 2020 Το Κύμα συμβάν GW200115.

Ένα άλλο σημαντικό εύρημα είναι ότι η μάζα ενός πυρήνα ηλίου ενός γυμνού αστεριού είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό της φύσης των αλληλεπιδράσεών του με τον σύντροφό του νετρονίων και την τελική τύχη του δυαδικού συστήματος. Ένα αρκετά μαζικό αστέρι ηλίου μπορεί να αποφύγει τη μεταφορά μάζας στο αστέρι νετρονίων. Με ένα λιγότερο ογκώδες αστέρι ηλίου, η διαδικασία μεταφοράς μάζας μπορεί να μετατρέψει το αστέρι νετρονίων σε ένα ταχέως περιστρεφόμενο πάλσαρ.

READ  Ο νομός κλείνει ένα βιβλίο για τα πρόσφατα διεθνή ταξίδια

“Όταν ο πυρήνας του ηλίου είναι μικρός, διαστέλλεται και στη συνέχεια η μεταφορά μάζας περιστρέφει το αστέρι νετρονίων για να σχηματίσει ένα πάλσαρ”, εξήγησε ο Ramirez-Ruiz. “Ωστόσο, οι τεράστιοι πυρήνες ηλίου δεσμεύονται από τη δύναμη της βαρύτητας και δεν επεκτείνονται, οπότε δεν υπάρχει μεταφορά μάζας. Και αν δεν περιστρέφονται σε ένα πάλσαρ, δεν τους βλέπουμε”.

Με άλλα λόγια, μπορεί να υπάρχει ένας άγνωστος μεγάλος αριθμός δυαδικών αστέρων νετρονίων στον γαλαξία μας.

“Η μεταφορά μάζας σε αστέρι νετρονίων είναι ένας αποτελεσματικός μηχανισμός για τη δημιουργία ταχέως περιστρεφόμενων πάλσαρ”, δήλωσε ο Vigna Gomez. «Αποφύγετε αυτόν τον βρόχο μαζικής μετάδοσης καθώς προτείνουμε να υποδείξεις ότι υπάρχει μια ήσυχη γκάμα ραδιοφώνου για τέτοια συστήματα ΓαλαξίαςΤο “

Αναφορά: «Δημιουργία αντιγράφων σουπερνόβα από βαριά δυαδικά αστέρια νετρονίων και ελαφριά μαύρη τρύπα-ζεύγη αστέρων νετρονίων και η κοινή αστρική προέλευση των GW190425 και GW200115» από τους Alejandro Vigna-Gómez, Sophie L. Schroeder, Enrico Ramirez-Ruiz, David R. Aguilera- Dina, Aldo Bata, Norbert Langer and Reinhold Wilcox, 8 Οκτωβρίου 2021, Διαθέσιμο εδώ. Επιστροφές Επιστροφών ΑστροφυσικήςΤο
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac2903

Εκτός από τους Vigna-Gomez και Ramirez-Ruiz, συν-συγγραφείς της εργασίας είναι η Sophie Schroeder στο Ινστιτούτο Niels Bohr. David Aguilera Dina από το Πανεπιστήμιο Κρήτης. Aldo Bata του Εθνικού Ινστιτούτου Αστροφυσικής στο Μεξικό. Norbert Langer στο Πανεπιστήμιο της Βόννης, Γερμανία. Reinhold Wilcox στο Πανεπιστήμιο Monash στην Αυστραλία. Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Foundationδρυμα Heising-Simons, το Δανικό Εθνικό Foundationδρυμα Ερευνών και το Εθνικό Scienceδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *