Γιατί οι Magnetars πρέπει να σας τρομάξουν

Magnetar στο Star Cluster Westerlund 1

Η εντύπωση του καλλιτέχνη για το magnetar στο σμήνος αστέρων Westerlund 1. (Πιστωτική εικόνα: ESO / L. Calçada)



Πολ Σάτερ είναι ερευνητής στο Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Τεργέστης και επισκέπτης μελετητής στο Κέντρο Κοσμολογίας και Αστροσωματιδιακής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Οχάιο. Ο Sutter είναι επίσης ο οικοδεσπότης των podcasts Ρωτήστε έναν διαστημόπλοιο ' και ' RealSpace , 'και η σειρά YouTube' Χώρος στο πρόσωπό σας .. ' Συνέβαλε αυτό το άρθρο σε Ειδικές φωνές του Space.com: Op-Ed & Insights Το

Θα είμαι ειλικρινής: Οι Magnetars με ξετρελαίνουν. Αλλά για να φτάσω στο «γιατί», πρέπει να εξηγήσω το «τι». Τα μαγνητάρια είναι ένα ιδιαίτερο είδος αστέρα νετρονίων και τα αστέρια νετρονίων είναι α ιδιαίτερο είδος νεκρού αστεριού Το





Είναι αρκετά εύκολο να φτιαχτούν - αν είστε ένα τεράστιο αστέρι. Όλα τα αστέρια συγχωνεύουν το υδρογόνο σε ήλιο βαθιά στους πυρήνες τους. Η ενέργεια που απελευθερώνεται υποστηρίζει τα αστέρια ενάντια στο συντριπτικό βάρος της δικής τους βαρύτητας και, ως εύχρηστο υποπροϊόν, παρέχει τη ζεστασιά και το φως που είναι απαραίτητα για τη ζωή σε κάθε τροχιά σε τροχιά. Αλλά τελικά, αυτό το καύσιμο στον πυρήνα εξαντλείται, επιτρέποντας στη βαρύτητα να κερδίσει προσωρινά και να συνθλίψει τον πυρήνα του αστέρα ακόμη πιο σφιχτά.

Με τη μεγαλύτερη πίεση, γίνεται η σειρά του ηλίου να συγχωνευθεί, συνδυάζοντας το σε οξυγόνο και άνθρακα, έως ότου το ήλιο, επίσης, εκπέμπει. Εκεί ο δικός μας ήλιος κατεβαίνει από το τρένο σύντηξης, αλλά πιο ογκώδη αστέρια μπορούν να συνεχίσουν να τρέχουν, ανεβαίνοντας στον περιοδικό πίνακα σε όλο και πιο έντονες και βραχύβιες φάσεις αντίδρασης, μέχρι το νικέλιο και το σίδηρο.



Μόλις σχηματιστεί εκείνο το συμπαγές κομμάτι νικελίου και σιδήρου στον αστρικό πυρήνα, πολλά πράγματα γίνονται άτακτα - γρήγορα. Απομένουν ακόμα πολλά αστέρια στην ατμόσφαιρα, που πιέζονται σε αυτόν τον πυρήνα, αλλά η περαιτέρω σύντηξη δεν απελευθερώνει ενέργεια, οπότε δεν υπάρχει τίποτα που να αποτρέπει την κατάρρευση.

Και καταρρέει: Ο πυρήνας νικελίου και σιδήρου (ναι, απλώς πυρήνες. Μην σκεφτείτε καν ολόκληρα άτομα σε αυτές τις θερμοκρασίες και πιέσεις) διαλύονται. Απλώς δεν μπορούν να χειριστούν αυτό το πυρηνικό λάκκο. Τα αδέσποτα ηλεκτρόνια σπρώχνονται στα πλησιέστερα πρωτόνια, μετατρέποντάς τα σε νετρόνια. Τα νετρόνια… μένουν νετρόνια. Και αυτά τα νετρόνια είναι πολύ καλά για να αποτρέψουν περαιτέρω κατάρρευση, για λόγους που θα εξηγήσω σε λίγο. Το αέριο που εισπνέει, προσπαθώντας να συνθλίψει τον πυρήνα στη λήθη, αναπηδά από αυτόν τον πυρήνα νετρονίων και φεύγει καλώδιο ! (Σημείωση: Δεν ξέρω πώς ακούγεται στην πραγματικότητα.)



Γεννιέται μια σουπερνόβα.

Η σφαίρα νετρονίων

Αυτό που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της εκδήλωσης σουπερνόβα είναι μια συναρπαστική συζήτηση για μια άλλη μέρα. Αυτό που μας απασχολεί τώρα είναι τα υπολείμματα: ένα σούπα, μίγμα νετρονίων που μοιάζει με σφαίρα και μερικά πιο ασταθή πρωτόνια. Αυτή η μπάλα υποστηρίζεται έναντι του βάρους της από την «πίεση εκφυλισμού», που είναι ένας φανταχτερός τρόπος να πούμε ότι μπορείτε να συσκευάσετε μόνο τόσα πολλά νετρόνια σε κουτί - ή, σε αυτή την περίπτωση, μια μπάλα. Μπορεί να φαίνεται προφανές ότι τα νετρόνια καταλαμβάνουν χώρο, αλλά τα πράγματα δεν έπρεπε να εξελιχθούν με αυτόν τον τρόπο. Είναι αυτή η πίεση εκφυλισμού που προκαλεί τη μεγάλη αναπήδηση που βάζει το σούπερ σε σουπερνόβα.

Θα πρέπει να σημειώσω ότι, αν έχουν απομείνει πάρα πολλά πράγματα γύρω από αυτήν την σφαίρα νετρονίων που έχει απομείνει, το βάρος μπορεί να υπερνικήσει ακόμη και την εκφυλιστική πίεση. Και τώρα, κοίτα τι έκανες: Πήγες και έκανες μια μαύρη τρύπα. Αλλά κι αυτό, είναι άλλη ιστορία. Δεν θα θέλαμε να γίνουμε σαν το φτωχό μας αστέρι και να συγκλονιστούμε.

Η σφαίρα νετρονίων - την οποία θα έπρεπε τώρα να ονομάσω με το σωστό της όνομα, ένα αστέρι νετρονίων - είναι περίεργο. Σοβαρά, αυτή είναι η καλύτερη λέξη που μπορώ να βρω για να την περιγράψω. Τα αστέρια νετρονίων είναι βασικά ατομικοί πυρήνες μεγέθους πόλης, γεγονός που τα καθιστά ανάμεσα στα πιο πυκνά πράγματα στο σύμπαν. Η πίεση της βαρύτητας μέσα σε αυτά τα αστέρια έχει συμπιέσει ακόμη και τους ατομικούς πυρήνες, επιτρέποντας στα κομμάτια τους να επιπλέουν ελεύθερα.

Είναι κυρίως νετρόνια εκεί κάτω - εξ ου και το όνομα - αλλά υπάρχουν και μερικά επιζώντα πρωτόνια που επιπλέουν τριγύρω. Κανονικά, αυτά τα πρωτόνια θα απωθούσαν το ένα το άλλο, με ομοϊδεάτες φορτίσεις και όλα αυτά, αλλά αναγκάζονται να βρίσκονται κοντά μεταξύ τους καθώς η Ισχυρή Πυρηνική Δύναμη προσπαθεί να τα συνδυάσει με τα νετρόνια τους.

Το εσωτερικό του αστέρα νετρονίων είναι ένας περίπλοκος χορός της φυσικής υπό ακραίες συνθήκες, με αποτέλεσμα πολύ περίεργες δομές. Το περίεργο ξεκινά κοντά στην επιφάνεια, με σταγονίδια μερικών εκατοντάδων νετρονίων που περιγράφονται καλύτερα ως νιόκι νετρονίων. Κάτω από αυτό, οι σταγόνες νετρονίου κολλάνε μαζί σε μακριές αλυσίδες. Έχουμε μπει στη στρώση των μακαρονιών. Κάτω από αυτό, σε ακόμα πιο ακραίες πιέσεις, τα σκέλη των μακαρονιών ενώνονται δίπλα -δίπλα και σχηματίζουν φύλλα λαζάνιας. Κάτω από όλα, ακόμη και η λαζάνια νετρονίων χάνει το σχήμα της, μετατρέπεται σε ομοιόμορφη μάζα. Αλλά αυτή η μάζα έχει κενά, με τη μορφή μακριών σωλήνων. Επιτέλους: νόστιμη πέννα.

Μακάρι να έκανα αυτά τα ονόματα, αλλά οι φυσικοί πρέπει να είναι ιδιαίτερα πεινασμένοι όταν έρχονται με μεταφορές.

Ανέφερα την περιστροφή; Ναι, τα αστέρια νετρονίων περιστρέφονται, έως και μερικές εκατοντάδες φορές ανά δευτερόλεπτο Το Αφήστε όλα αυτά να βυθιστούν για λίγο: Ένα αντικείμενο με τόσο ισχυρή βαρύτητα που οι «λόφοι» έχουν μόλις λίγα χιλιοστά ύψος, περιστρέφονται με ταχύτητα που θα μπορούσε να ανταγωνιστεί το μπλέντερ της κουζίνας σας. Δεν παίζουμε πια παιχνίδια.

Τα αστέρια νετρονίων είναι τρομακτικά

Όλη αυτή η δράση - οι τρελές πυκνότητες, οι περίπλοκες δομές, οι γελοία γρήγοροι ρυθμοί περιστροφής - σημαίνει ότι τα αστέρια νετρονίων μεταφέρουν αρκετά άσχημα μαγνητικά πεδία. Αλλά τα μαγνητικά πεδία δεν απαιτούν φορτισμένα σωματίδια και τα νετρόνια δεν είναι ουδέτερα; Αυτό είναι αλήθεια, έξυπνα παντελόνια, αλλά υπάρχουν ακόμα μερικά πρωτόνια που κρέμονται στο αστέρι, και σε αυτές τις απίστευτες πυκνότητες, η φυσική γίνεται ... περίπλοκη. Έτσι, ναι: Τα αστέρια νετρονίων, παρά το όνομά τους, μπορούν να μεταφέρουν μαγνητικά πεδία.

Πόσο δυνατός; Πάρτε το φυσιολογικό μαγνητικό πεδίο ενός αστεριού και σπρώξτε το προς τα κάτω. Κάθε φορά που τσακίζεστε, αποκτάτε ένα δυνατότερο πεδίο, όπως αποκτάτε μεγαλύτερες πυκνότητες. Και στριμώχνουμε κάτι από το μέγεθος του αστεριού (ένα εκατομμύριο χιλιόμετρα ή μίλια, επιλέξτε) έως το μέγεθος της πόλης (όπως, 25 χιλιόμετρα-μόλις 15 μίλια). Επιπλέον, με όλη την ενδιαφέρουσα φυσική που συμβαίνει στους εσωτερικούς χώρους, πολύπλοκες διαδικασίες μπορούν να λειτουργήσουν για να ενισχύσουν το μαγνητικό πεδίο, οπότε μπορείτε να φανταστείτε πόσο ισχυρά είναι αυτά τα πεδία.

Στην πραγματικότητα, δεν χρειάζεται να φανταστείτε, γιατί πρόκειται να σας το πω. Ας ξεκινήσουμε με κάτι οικείο: το μαγνητικό πεδίο της Γης. Δηλαδή περίπου 1 gaus. Δεν είναι πολύ διαφορετικό για τον ήλιο: μερικές έως μερικές εκατοντάδες gaus, ανάλογα με το πού βρίσκεστε στην επιφάνεια. Μια μαγνητική τομογραφία; 10.000 gauss. Τα ισχυρότερα ανθρώπινα μαγνητικά πεδία είναι περίπου μερικές εκατοντάδες χιλιάδες gaus. Στην πραγματικότητα, δεν μπορούμε να κάνουμε τα μαγνητικά πεδία ισχυρότερα από ένα εκατομμύριο gauss περίπου χωρίς τα μηχανήματά μας να διασπώνται απλώς από το στρες.

Ας συνεχίσουμε να κυνηγάμε: Ένα αστέρι νετρονίων μεταφέρει ένα τεράστιο μαγνητικό πεδίο τρισεκατομμυρίων gauss. Διαβάσατε σωστά - 'τρισεκατομμύρια', με ένα 't'.

Αν εσύ

Εάν είστε ειδικός της επικαιρότητας-ερευνητής, επιχειρηματικός ηγέτης, συγγραφέας ή καινοτόμος-και θα θέλατε να συνεισφέρετε σε ένα ολοκληρωμένο κομμάτι, στείλτε μας email εδώ Το(Πιστωτική εικόνα: SPACE.com)

Εισάγετε το magnetar

Τώρα, φτάνουμε επιτέλους στα magnetars. Μπορείτε να μαντέψετε από το όνομα ότι είναι ιδιαίτερα μαγνητικά: έως 1 τεταρτημόριο gaus. Αυτό είναι 1.000 τρισεκατομμύρια φορές ισχυρότερο από το μαγνητικό πεδίο στο οποίο κάθεστε αυτή τη στιγμή. Αυτό βάζει τους magnetars στην πρώτη θέση, πρωταθλητές στον παγκόσμιο διαγωνισμό Strongest Magnetic Field. Οι αριθμοί είναι εκεί, αλλά είναι δύσκολο να τυλίξουμε τον εγκέφαλό μας γύρω τους.

Αυτά τα πεδία είναι αρκετά ισχυρά για να καταστρέψουν το τοπικό τους περιβάλλον. Γνωρίζετε πώς τα άτομα αποτελούνται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια; Αυτά τα φορτία ανταποκρίνονται σε μαγνητικά πεδία. Όχι πολύ υπό κανονικές συνθήκες, αλλά αυτό δεν είναι πια Κάνσας, έτσι, Τότο; Τυχόν άτυχα άτομα εκτείνονται σε λεπτές ράβδους κοντά σε αυτά τα μαγνητάρια.

Δεν σταματά εκεί. Με τα άτομα να έχουν καταστραφεί, η κανονική μοριακή χημεία είναι απλώς μια απουσία. Ομοιοπολικούς δεσμούς? Χα! Και τα μαγνητικά πεδία μπορούν να οδηγήσουν τεράστιες εκρήξεις ακτινοβολίας υψηλής έντασης. Άρα, γενικά κακές επιχειρήσεις.

Πλησιάστε πολύ σε ένα (ας πούμε, σε απόσταση 1.000 χιλιομέτρων, ή περίπου 600 μίλια), και τα μαγνητικά πεδία είναι αρκετά ισχυρά για να διαταράξουν όχι μόνο τον βιοηλεκτρισμό σας - καθιστώντας τις νευρικές παρορμήσεις σας ξεκαρδιστικά άχρηστες - αλλά την πολύ μοριακή δομή σας. Στο πεδίο ενός μαγνητάρ, απλά… διαλύετε Το

Δεν είμαστε ακριβώς σίγουροι τι κάνει τα μαγνητάρ τόσο τρομακτικά μαγνητικά. Όπως είπα, η φυσική των άστρων νετρονίων είναι λίγο πρόχειρη. Φαίνεται, όμως, ότι τα μαγνητάρια δεν διαρκούν πολύ, και μετά από 10.000 χρόνια (δίνουν ή παίρνουν), εγκαθίστανται σε μια μακροπρόθεσμη κανονική αποχώρηση από αστέρες νετρονίων: ακόμα τρελά πυκνά, ακόμα φρικιαστικά μαγνητικά, απλά… όχι τόσο κακό.

Έτσι, όσο τρομακτικοί και αν είναι, τουλάχιστον δεν θα μείνουν έτσι για πολύ.

Μάθετε περισσότερα ακούγοντας το επεισόδιο » Τι στο καλό είναι ένας μαγνητάρης; στο podcast 'Ask A Spaceman', διαθέσιμο στις iTunes και στο Διαδίκτυο στη διεύθυνση http://www.askaspaceman.com Το Ευχαριστώ τον Zowie Pinkerton για τη μεγάλη ερώτηση που εμπνέει αυτό το κομμάτι! Ρωτήστε το δικό σας στο Twitter χρησιμοποιώντας το #AskASpaceman ή ακολουθώντας τον Paul @PaulMattSutter και facebook.com/PaulMattSutter Το

Ακολουθήστε όλα τα θέματα και τις συζητήσεις των Expert Voices - και γίνετε μέρος της συζήτησης Facebook , Κελάδημα και Google+ Το Οι απόψεις που εκφράζονται είναι του συγγραφέα και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις του εκδότη. Αυτή η έκδοση του άρθρου δημοσιεύτηκε αρχικά Space.com.