美国宇航局的更好测试物质的限制 - 探测中子恒星的挤压性

美国宇航局的更好

NASA的中子星形内部成分探险家(更好),在中心,是距离国际空间站的X射线望远镜。信用:美国宇航局

在中子恒星的心中 - 爆炸的大规模恒星的密集残余 - 采取我们可以衡量的最极端的形式。现在,感谢数据来自美国宇航局的中子星形内部成分探险家(更好),一个X射线望远镜国际空间站,科学家发现,这种神秘的物质比预测的一些物理学家更少挤压。

该发现基于更好的PSR J0740 + 6620(简称J0740)的观察,最庞大的已知中子星,其中距离3,600岁的光年北周三角围骆pelopardalis.。J0740位于二进制星系中白矮星,太阳恒星的冷却残余物,每秒旋转346次。以前的观察结果将中子星的质量放在太阳的约2.1倍。

“We’re surrounded by normal matter, the stuff of our everyday experience, but there’s much we don’t know about how matter behaves, and how it is transformed, under extreme conditions,” said Zaven Arzoumanian, the NICER science lead at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “By measuring the sizes and masses of neutron stars with NICER, we are exploring matter on the verge of imploding into a黑洞。一旦发生这种情况,我们就无法学习问题,因为它被黑洞的活动视野隐藏起来。“

4月17日,星期六,Arzoumanian和NICER团队的成员在美国物理学会的虚拟会议上展示了他们的发现,描述这些发现及其意义的论文正在接受科学审查。


观看NASA的中子星级内部成分探险仪(更好)是帮助物理学家同行中子恒星的心,遗骸在超新星爆炸的巨大恒星。科学家们希望探索这些物体内部的物质的性质,在那里存在坍塌成黑洞。为此,科学家们需要精确测量中子恒星的群众和尺寸,更好和其他努力现在可以实现。信用:美国宇航局的戈达德太空飞行中心

在它的生命结束时,一颗比太阳在其核心耗尽的燃料多次,在自己的重量下坍塌,并进入超新星。这些爆炸之星的最重留在黑洞后面。较轻的出生中子恒星,这些星星比纽约市曼哈顿岛长的阳光宽阔地涌入球体。

科学家认为中子恒星是分层的。在表面,氢气或氦原子的薄气氛静置在较重的原子的固体壳上。在地壳中,来自原子核的压力条电子的快速增加。更深入地,在外部核心,核分裂成中子和质子。巨大的压力挤压质子和电子以形成大部分中子的海洋,最终填充在一起的原子核的密度两倍。

中子星层

科学家认为中子恒星是分层的。如本说明书所示,内核中的物质状况仍然是神秘的。信用:美国宇航局的戈达德太空飞行中心/概念图像实验室

但重要的表格在内核中取得了什么?它是中子一路下来,还是将中子闯入自己的组成部分,称为夸克?

自从沃尔特Baade和Fritz Zwicky提出了1934年的存在以来,物理学家一直在提出这个问题。为了回答它,天文学家需要精确测量这些物体的尺寸和质量。这使它们能够计算星形内核的压力和密度之间的关系,并评估物质的最终挤压。

在典型的中子星的传统模型中,一个大约1.4倍的太阳群众,物理学家预计内核主要填充中子。较低的密度确保中子仍然足够遥远以保持完整,并且这种内刚度导致更大的明星。

在像J0740这样的巨大中子恒星中,内芯的密度要高得多,将中子挤压在一起。目前尚不清楚中子是否可以在这些条件下保持完整,或者他们反而分解成夸克。理论家怀疑他们在压力下粉碎,但对细节的许多问题仍然存在。为了得到答案,科学家需要巨大的中子星的精确尺寸测量。一个较小的明星将有利于夸克在最内部自由漫游的情况,因为细小的颗粒可以更接近地包装。一个较大的明星建议存在更复杂的物质。

中子星的重力扭曲附近的太空时间

中子星的重力扭曲了附近的太空时间,就像一个靠在蹦床上的保龄球。扭曲足够强大,以至于它将光线从星形远侧重定向到我们,这使得这颗明星看起来比真正的是更大的。信用:美国宇航局的戈达德太空飞行中心/克里斯史密斯(USRA / Gestar)

为了获得所需的精确测量,更好地观察到迅速旋转的中子恒星,称为pulsars,于1967年由Jocelyn Bell Burbell发现。在这些物体的表面上形成明亮的X射线发射热点。随着Pulsars旋转,它们的斑点像灯塔的梁一样旋转和看视野,在其X射线亮度中产生规则的变化。

但是Pulsars也是如此密集,以至于他们的重力扭曲了附近的时空,就像一个保龄球搁在蹦床上。这种失真足够强大,即它导致星光远方的光线,我们否则无法检测到 - 重定向到我们,这使得Pulsar.看起来比真的更大。较小的包装中的相同质量产生更大的变形。这种效果可以如此强烈的,因为它们可以防止热点完全消失,因为它们在脉冲开始周围旋转时。

科学家可以利用这些影响,因为更好地测量每个X射线到达100纳秒的到达。通过跟踪Pulsar的X射线亮度如何随着旋转而变化,科学家可以重建它扭曲时空的程度。由于他们知道其质量,它们可以将这种失真转化为尺寸。

两支球队使用不同的方法来模拟J0740的尺寸。由Thomas Riley和Anna Watts领导的集团 - 一个博士后研究人员和阿姆斯特丹大学的天体物理学教授分别估计,脉冲柱在15.4英里(24.8公里)左右。由马里兰州大学的天文学教授领导的一支由COLE MILLER,学院公园,发现J0740宽约约17英里(27.4公里)。这两种结果显着在其不确定性范围内重叠,范围从14.2到17英里(22.8至27.4公里),分别为15.2至20.2英里(24.4至32.6公里)。

除了更好的数据外,两组还包括来自欧洲航天局的XMM-Newton卫星的X射线观测,这有助于核算背景噪音。J0740的群众以前由科学家由来自北美纳米山Stz的无线电测量决定,用于引力波和加拿大氢强度测绘实验合作。

2019年,Riley和Miller的团队使用更好的数据来估计Pulsar J0030 + 0451(或J0030)的大小和质量。他们确定了阳光质量的约1.4倍,16英里(26公里)。

“我们的J0740的新测量结果表明,即使它比J0030的大量差异更多,而且它的大小基本相同,”瓦特说。“这挑战了一些更挤压的中子星形核心模型,包括内部只是夸克的海洋。J0740的尺寸和质量也适用于仅包含中子和质子的一些更少挤压的型号。“

最近的理论模型提出了一些替代方案,例如含有中子,质子和异国情调物质的内核,由夸克或夸克的新组合。但所有可能性都需要在更好的新信息的上下文中重新评估。

“J0740的尺寸让我们陷入困惑和兴奋的美国理论家,”Sanjay Reddy是一位物理学教授华盛顿大学世卫组织在极端条件下进行研究,但没有参与发现。“更好的测量,结合其他多方百料观察,似乎支持了压力在大规模中子星形核心中迅速增加的想法。虽然这种障碍在核心中转变为更挤压的物质形式,但其含义尚未得到完全理解。“

Miller’s team also determined how well scientists can estimate the size of a pulsar, using NICER’s J0740 and J0030 measurements to supplement existing information from other heavy pulsars and gravitational wave events, space-time ripples generated by the collisions of massive objects like neutron stars and black holes.

“我们现在知道标准中子星的半径,米勒表示,在不确定性的情况下,阳光质量的1.4倍。”“这就像了解华盛顿,D.C.的大小,到大约四分之一英里。更好不仅是在中子恒星上重写教科书,而且还彻底改变了我们对我们对非常遥远和非常小的物体的测量的信心。“

除了测试物质的限制外,中子恒星还提供了一种探索巨大空间的新方法。2018年,一支科学家和美国宇航局的工程师使用更好的人来证明,是第一次展示,在太空中完全自主导航利用脉冲星,可以彻底改变我们驾驶机器人宇宙飞船到达太阳系甚至更远的地方的能力。

“更好的是一个伟大的船员,”Nasa Astronaut Christina Koch说,他们于2019年3月至2020年3月担任航天站的飞行工程师,为一个女人的最长单个空间的记录设置了记录。“该使命举例说明了站研究的所有最佳方面。它是突破性的基础科学,空间科学和技术创新,全部由轨道实验室的独特环境和平台启用。“

NICER是NASA探险家计划中的一个机会的Astrophysics使命,为世界级的科学调查提供了频繁的飞行机会,利用Heliophysics和Astrophysics科学领域内的创新,流线型和有效的管理方法。美国宇航局的太空技术特派团理事会支持特派团的六分部分,展示基于脉冲的航天器导航。

1条评论在“美国宇航局的更好测试物质的限制 - 探测中子恒星的挤压”

  1. ...有时只是祝福你知道你能知道什么以及你不能,但我已经说过......

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