Çfarë janë në të vërtetë yjet neutron?

Astrofizikantët që modelojnë brendësinë e yjeve neutron kanë zbuluar se objektet jashtëzakonisht kompakte kanë struktura të ndryshme të brendshme, në varësi të masës së tyre. Ata sugjerojnë të mendosh për yjet si lloje të ndryshme të pralinës së çokollatës, një ëmbëlsirë e shijshme – por këtu përfundojnë ngjashmëritë, të paktën me sa dimë ne.

Yjet neutron janë kufomat jashtëzakonisht të dendura të yjeve masivë që shpërthejnë; ato janë të dytat pas vrimave të zeza për nga dendësia e tyre. Yjet neutron janë quajtur kështu sepse forca e tyre gravitacionale bën që elektronet e atomeve të tyre të shemben mbi protone, duke krijuar një objekt që është pothuajse tërësisht i përbërë nga neutrone.

Fushat gravitacionale të yjeve neutron janë super intensive. Nëse një vëzhgues njerëzor do t’i afrohej njërës, ata do të copëtoheshin në një nivel atomik. Fushat e tyre gravitacionale janë aq të forta sa një “mal” në një yll neutron do të ishte më pak se një milimetër i lartë.

Ekipi hulumtues i kohëve të fundit ndërtoi miliona modele për të provuar të dallonte funksionimin e brendshëm të këtyre yjeve, të cilat janë jashtëzakonisht të vështira për t’u studiuar dhe, si rezultat, janë më shumë fushë e teorisë sesa e vëzhgimit.

Studiuesit zbuluan se yjet neutron më të lehtë – ata me masë rreth 1.7 herë më të madhe se Dielli ynë dhe më poshtë – duhet të kenë mantele të buta dhe bërthama të ngurtë. Yjet më të rëndë neutron kanë të kundërtën, sipas gjetjeve të ekipit, të cilat u botuan sot në The Astrophysical Journal Letters.

Luciano Rezzolla, një astrofizikant në Institutin e Fizikës Teorike dhe që udhëhoqi kërkimin, e krahasoi strukturën e yjeve me pralinat e çokollatës.

“Yjet e lehta ngjajnë me ato çokollata që kanë një lajthi në qendër të tyre të rrethuar nga çokollatë e butë, ndërsa yjet e rëndë mund të konsiderohen më shumë si ato çokollata ku një shtresë e fortë përmban një mbushje të butë,” tha Rezzolla në një njoftim të Universitetit Goethe Frankfurt.

Studiuesit modeluan mbi një milion skenarë të mundshëm për përbërjen e yllit neutron, bazuar në pritjet për masën, presionin, vëllimin dhe temperaturën e yllit, si dhe vëzhgimet astronomike të objekteve.

Modelimi është një mjet vendimtar për marrjen në pyetje të yjeve neutron, sepse vetëm disa kontraptarë në Tokë – Përplasësi i Madh i Hadronit i CERN-it dhe instrumenti SLAC’s Materie në kushte ekstreme, për dy – janë në gjendje të imitojnë një fizikë kaq intensive.

Për të përcaktuar konsistencën e yjeve, studiuesit modeluan se si shpejtësia e zërit do të udhëtonte nëpër objekte. Valët e zërit përdoren gjithashtu për të kuptuar strukturën e brendshme të planetëve, siç ka bërë në mënyrë të frikshme toka InSight në Mars.

“Ajo që ne kemi treguar, duke ndërtuar miliona ekuacione të modeleve të gjendjes (nga të cilat mund të llogaritet shpejtësia e zërit), është se yjet neutrone masive maksimale kanë një shpejtësi më të ulët të zërit në rajonin e bërthamës sesa në shtresat e tyre të jashtme,” tha Christian Ecker. , një astrofizikan në Universitetin Goethe, në një email për Shkence.info.

“Kjo lë të kuptohet për disa ndryshime materiale në bërthamat e tyre, si për shembull një kalim nga lënda barionike në kuark,” shtoi Ecker.

Studiuesit zbuluan gjithashtu se të gjithë yjet neutron janë ndoshta rreth 7.46 milje (12 km) të gjerë, pavarësisht nga masa e tyre. Kjo matje është më pak se gjysma e asaj të një zbulimi të vitit 2020 që ylli tipik neutron ishte rreth 13.6 milje (22 km) i gjerë. Pavarësisht nga kjo madhësi, masa mesatare e yllit neutron është rreth gjysmë milioni Toka. Ka të dendura, dhe më pas ka të dendura.

Ndërsa gjetjet ofrojnë disa njohuri në lidhje me diversitetin e yjeve neutron në aspektin e qëndrueshmërisë së tyre, studiuesit nuk hetuan përbërësit e yjeve ose mënyrën se si ato përshtaten së bashku. (Nëse keni arritur deri këtu, yjet neutron në fakt nuk janë bërë nga çokollata.) Disa dyshojnë se yjet neutron janë neutrone deri në fund; të tjerë besojnë se qendrat e yjeve janë fabrika për grimca ekzotike, deri tani të paidentifikuara.

Por në pjesën më të madhe, këto enigma tepër të dendura mbeten vetëm kaq. Fatmirësisht, ka observatorë të ngritur për të mbledhur të dhëna më të drejtpërdrejta. Bashkimi (p.sh. përplasjet e dhunshme) midis yjeve neutron dhe me vrimat e zeza mund të zbulojnë masën e objekteve të përfshira, si dhe natyrën e materialit të yllit neutron.

Projekte si NICER, NANOGrav, radio teleskopi CHIME dhe bashkëpunimet shkencore LIGO dhe Virgo janë të gjithë duke u mësuar fizikanëve për madhësinë dhe strukturën e yllit neutron.

Më shumë të dhëna vëzhgimi mund të futen në modele për vlerësime më të mira të aspekteve të yjeve. Ecker shtoi se yjet shumë masive neutron (në hapësirën e dy masave diellore) do të ishin veçanërisht të dobishëm në kufizimin më të mirë të pritjeve të karakteristikave fizike të këtyre objekteve ekstreme.

Me çdo fat, së shpejti mund të marrim më shumë detaje për përbërësit e saktë të këtyre pralinave gjigante kozmike – dhe se si recetat e tyre mund të ndryshojnë në varësi të madhësisë së tyre.