gov-civil-vilareal.pt¿Qué tamaño tiene una estrella de neutrones?
>Las estrellas de neutrones son los restos de estrellas masivas después de convertirse en supernovas ; Mientras que las capas externas de la estrella explotan hacia afuera creando fuegos artificiales literalmente en una escala cósmica, el núcleo de la estrella colapsa y se comprime increíblemente. Si el núcleo tiene suficiente masa, se convertirá en un agujero negro , pero si está por debajo de ese límite, se convertirá en una bola ultradensa compuesta principalmente por neutrones.
Las estadísticas de las estrellas de neutrones son aleccionadoras . Tienen una masa de hasta más del doble de la del Sol, pero la densidad de un núcleo atómico: más de 100 trillón gramos por centímetro cúbico. Eso es difícil de entender, pero piénsalo de esta manera: si comprimieras todos y cada uno de los autos en los Estados Unidos en cosas de estrellas de neutrones, obtendrías un cubo. 1 centímetro de lado . Del tamaño de un terrón de azúcar o un dado de seis caras. Toda la humanidad comprimida en tal estado tendría menos del doble de ese ancho.
Las estrellas de neutrones tienen una gravedad superficial de cientos de miles de millones de veces la de la Tierra, y campos magnéticos aún más fuertes. Una estrella de neutrones a la mitad de la galaxia de nosotros tuvo un evento sísmico que nos afectó físicamente aquí en la Tierra, a 50.000 años luz de distancia.
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Todo sobre las estrellas de neutrones es aterrador. Pero por todo eso todavía no estamos seguros de cuán grandes son .
Una estrella de neutrones en rotación con un poderoso campo magnético levanta partículas subatómicas a su alrededor. Crédito de la obra de arte: NASA / Swift / Aurore Simonnet, Universidad Estatal de Sonoma
Quiero decir, tenemos una idea aproximada, pero el número exacto es difícil de determinar. Son demasiado pequeños para verlos directamente, por lo que tenemos que inferir su tamaño a partir de otras observaciones, y esas están plagadas de incertidumbres. Su tamaño también depende de su masa. Pero utilizando observaciones de rayos X y otras emisiones de estrellas de neutrones, los astrónomos han descubierto que tienen un diámetro de 20 a 30 kilómetros. ¡Eso es diminuto, para una masa tan grande! Pero también es una gama irritantemente amplia. ¿Podemos hacerlo mejor?
¡Sí! Un grupo de científicos ha abordado el problema de una manera diferente, y he podido reducir el tamaño de estas feroces pero pequeñas bestias : Descubrieron que, para una estrella de neutrones con una masa de 1,4 veces la del Sol (aproximadamente el promedio para tales cosas), tendrá un diámetro de 22,0 kilómetros (con una incertidumbre de + 0,9 / -0,6 km). Encuentran que su cálculo es un factor de dos más exacto que cualquier otro hecho antes.
Eso es ... pequeño. Como, De Verdad pequeño. Consideraría 22 km como un paseo corto en bicicleta, aunque, para ser justos, hacerlo en una estrella de neutrones sería difícil.
Una estrella de neutrones es increíblemente pequeña y densa, y empaqueta la masa del Sol en una bola de unos pocos kilómetros de diámetro. Esta obra de arte representa uno en comparación con Manhattan. Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA
Entonces, ¿cómo obtuvieron este número? ? La física que emplearon es en realidad diabólicamente complicada, pero lo que hicieron en efecto fue resolver la ecuación de estado de una estrella de neutrones, las ecuaciones físicas que relacionan las características de un objeto como presión, volumen y temperatura, para obtener cuáles serían las condiciones para una estrella de neutrones modelo con la masa fija en 1,4 veces la del Sol.
Luego usaron esos resultados y los compararon con las observaciones de un evento de 2017: una fusión de dos estrellas de neutrones que resultó en una explosión colosal llamada kilonova . Este evento, llamado GW170817, fue un gran momento decisivo para la astronomía, porque las estrellas de neutrones en colisión emitieron poderosas ondas gravitacionales, literalmente sacudiendo la estructura del Universo. Esta fue nuestra primera alerta del evento, pero luego una gran fracción de telescopios sobre la Tierra y sobre la Tierra apuntaron a la parte del cielo donde se encontró que estaba la fusión, y vieron la explosión en sí, la kilonova. Fue la primera vez que se vio un evento que emitía energía electromagnética (es decir, luz ) que se vio por primera vez en ondas gravitacionales.
Obra de arte que representa el momento de la colisión entre dos estrellas de neutrones. La explosión resultante es ... bastante grande. Crédito: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
También impuso muchas limitaciones a las estrellas de neutrones que colisionaron. Por ejemplo, después de que se fusionaron, emitieron luz de una manera específica, y resulta que era inconsistente con que el remanente fusionado tuviera suficiente masa para colapsar directamente en un agujero negro. Eso sucede alrededor de 2,4 veces la masa del Sol, por lo que sabemos que las dos estrellas juntas tenían menos masa que esa. Por el contrario, la luz era incompatible con el remanente de una estrella de neutrones. debajo ese límite también. Parece que una estrella de neutrones 'hipermasiva' se formó cerca de ese límite, duró muy poco tiempo y luego colapsó en un agujero negro.
Todos estos datos fueron alimento para los científicos que calculaban el tamaño de la estrella de neutrones. Al comparar sus modelos con los datos de GW170817, pudieron reducir en gran medida la gama de tamaños que tenían sentido, concentrándose en el diámetro de 22 km.
Este tamaño tiene implicaciones interesantes. Por ejemplo, una cosa que los científicos de ondas gravitacionales esperan ver es la fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones. Esto definitivamente será detectable, pero la pregunta es ¿emitirá alguna luz que los telescopios más tradicionales puedan ver? Eso sucede cuando el material de la estrella de neutrones es expulsado durante la fusión, generando mucha luz.
Los científicos en este nuevo trabajo corrieron los números y encontraron que para una estrella de neutrones de 1.4 masas solares y 22 km de diámetro, cualquier agujero negro mayor de aproximadamente 3.4 veces la masa del Sol sería no expulsar cualquier material! Esa es una masa muy baja para un agujero negro, y es muy poco probable que veamos una masa tan baja, especialmente uno con una estrella de neutrones que pueda comer. Entonces predicen que este evento solo se verá en ondas gravitacionales y no en luz. Por otro lado, eso es solo para no girando agujeros negros, y en realidad la mayoría tendrá un giro rápido; No está claro qué pasaría allí, pero imagino que mucha gente volverá a ejecutar sus modelos para ver qué pueden predecir.
Tener el tamaño de una estrella de neutrones significa poder comprender mejor lo que sucede mientras giran, ya que sus campos magnéticos ridículamente poderosos afectan el material a su alrededor, cómo acumulan nuevo material y qué sucede cerca del límite de masa entre una estrella de neutrones y una estrella negra. agujero. Aún mejor, ya que LIGO/Virgo gravitational wave observatory la gente ajusta su equipo y espera que su sensibilidad aumente, lo que permite mejores observaciones de las fusiones de estrellas de neutrones, que luego pueden usarse para ajustar aún más las restricciones de tamaño.
Toda mi vida me han fascinado las estrellas de neutrones y, para ser sincero, esa es la actitud correcta. Son restos de supernovas; chocan y forman oro, platino, bario y estroncio; son la central eléctrica detrás de los púlsares; pueden generar explosiones de energía aplastantes; y son los objetos más densos que todavía puede considerar que están en el Universo (el objeto físico dentro del horizonte de eventos de un agujero negro está para siempre fuera de nuestro alcance). Quiero decir, vamos . Ellos son increíble .
Y eso sobre los calibra.
