Neutronstjärnor har klassificerats som ”odöda” ... riktiga zombiestjärnor. De är födda när en massiv stjärna kollapsar under sin tyngdkraft och dess yttre skikt blåses långt och brett, över en miljard solar, i en supernovahändelse. Det som återstår är ett stjärnlikt kropp ... en kärna av otänkbar densitet ... där en tesked skulle väga cirka en miljard ton på jorden. Hur skulle vi studera en sådan nyfikenhet? NASA har föreslagit ett uppdrag som heter Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) som skulle upptäcka zombien och låta oss se in i en mörk hjärta hos en neutronstjärna.
Kärnan i en neutronstjärna är ganska otrolig. Trots att det har blåst bort det mesta av dess yttre och stoppat kärnfusion, strålar det fortfarande ut värme från explosionen och utstrålar ett magnetfält som tippar vågen. Denna intensiva form av strålning orsakad av kärnkollaps mäter över en biljon gånger starkare än jordens magnetfält. Om du inte tycker att det är imponerande, tänk på storleken. Ursprungligen kunde stjärnan ha varit en biljon mil eller mer i diameter, men är nu komprimerad till storleken på en genomsnittlig stad. Det gör en neutronstjärna till en liten dynamo - kapabel att kondensera materien i sig själv mer än 1,4 gånger solens innehåll, eller minst 460 000 jordar.
"En neutronstjärna är precis vid tröskelvärdet för materien eftersom den kan existera - om den blir tätare blir den ett svart hål," säger Dr Zaven Arzoumanian från NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. ”Vi har inget sätt att skapa neutronstjärninredningar på jorden, så det som händer med materien under så otroligt tryck är ett mysterium - det finns många teorier om hur det beter sig. Det närmaste vi kommer att simulera dessa förhållanden är i partikelacceleratorer som krossar atomerna i nästan ljusets hastighet. Men dessa kollisioner är inte ett exakt substitut - de varar bara en sekund och de genererar temperaturer som är mycket högre än vad som finns i neutronstjärnorna. "
Om det godkänns kommer NICER-uppdraget att lanseras sommaren 2016 och kopplas robotiskt till den internationella rymdstationen. I september 2011 valde NASA NICER för studie som ett potentiellt Explorer Mission of Opportunity. Uppdraget kommer att få $ 250 000 för att genomföra en 11-månaders implementeringskonceptstudie. Fem förslag om Mission of Opportunity valdes ut från 20 inlagor. Efter de detaljerade studierna planerar NASA att välja ett eller flera av de fem Mission of Opportunity-förslagen för utveckling i februari 2013.
Vad kommer NICER att göra? Först och främst kommer en samling 56 teleskop att samla in röntgeninformation från en neutron stjärnor magnetiska poler och hotspots. Det är från dessa områden som våra zombie-stjärnor släpper röntgenstrålar, och när de roterar skapar en ljuspuls - därmed termen "pulsar". När neutronstjärnan krymper snurrar den snabbare och den resulterande intensiva tyngdkraften kan dra in material från en nära kretsande stjärna. Några av dessa pulsars snurrar så snabbt att de kan nå hastigheter på flera hundra rotationer per sekund! Vad forskare kliar för att förstå är hur materien uppför sig inuti en neutronstjärna och "fastställa den rätta Equation Of State (EOS) som mest exakt beskriver hur materien svarar på ökande tryck. För närvarande finns det många föreslagna EOS, var och en föreslår att materien kan komprimeras med olika mängder i neutronstjärnor. Anta att du hade två bollar i samma storlek, men en var gjord av skum och den andra gjord av trä. Du kan pressa skumkulan ner till en mindre storlek än trä. På samma sätt kommer en EOS som säger att materien är mycket komprimerbar att förutsäga en mindre neutronstjärna för en given massa än en EOS som säger att materien är mindre komprimerbar. "
Allt som NICER behöver göra är att hjälpa oss att mäta en pulsars massa. När det har fastställts kan vi få en korrekt EOS och låsa upp mysteriet om hur materien beter sig under intensiv tyngdkraft. "Problemet är att neutronstjärnor är små och mycket för långt borta för att deras storlek ska kunna mätas direkt", säger NICER: s huvudutredare Dr. Keith Gendreau från NASA Goddard. ”NICER kommer emellertid att vara det första uppdraget som har tillräckligt med känslighet och tidsupplösning för att indirekt räkna ut en neutronstjärnstorlek. Nyckeln är att exakt mäta hur mycket röntgenstrålarnas ljusstyrka förändras när neutronstjärnan roterar. ”
Så vad gör vår zombie-stjärna annat som är imponerande? På grund av deras extrema tyngdkraft i en så liten volym, snedvrider de utrymme / tid i enlighet med Einsteins teori om allmän relativitet. Det är detta rymdvarp som gör det möjligt för astronomer att avslöja närvaron av en följeslagare. Det ger också effekter som en orbitalskift som kallas prcession, vilket gör att paret kan kretsa runt varandra orsakar gravitationsvågor och producerar mätbar orbitalenergi. Ett av målen för NICER är att upptäcka dessa effekter. Själva varpen tillåter teamet att bestämma neutronstjärnans storlek. På vilket sätt? Föreställ dig att trycka fingret in i ett stretchigt material - föreställ dig sedan trycka hela handen mot det. Ju mindre neutronstjärnan, desto mer kommer den att skeva utrymme och ljus.
Här blir ljuskurvor mycket viktiga. När en neutronstjärns hotspots är i linje med våra iakttagelser, ökar ljusstyrkan när man roterar till synen och dimmar när den roterar bort. Detta resulterar i en ljuskurva med stora vågor. Men när rymden är förvrängd får vi se runt kurvan och se den andra hotspot - vilket resulterar i en ljuskurva med jämnare, mindre vågor. Teamet har modeller som producerar ”unika ljuskurvor för olika storlekar som förutses av olika EOS. Genom att välja den ljuskurva som bäst matchar den observerade, kommer de att få rätt EOS och lösa materiens gåta på glömskan. "
Och andas liv i zombie stjärnor ...
Original historikälla: NASA Mission News.
