Các nhà khoa học đã thu được số đo tốt nhất về kích thước và nội dung của một ngôi sao neutron, một vật thể cực kỳ dày đặc chứa vật chất kỳ lạ và hiếm nhất trong Vũ trụ.
Phép đo này có thể dẫn đến sự hiểu biết tốt hơn về các khối xây dựng tự nhiên - các proton, neutron và các quark cấu thành của chúng - khi chúng bị nén bên trong ngôi sao neutron với mật độ gấp hàng nghìn tỷ lần so với trên Trái đất.
Tiến sĩ Tod Strohmayer thuộc Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Md., Và đồng nghiệp của ông, Adam Villarreal, một sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Arizona, trình bày những kết quả này hôm nay trong cuộc họp báo trên web ở New Orleans trong cuộc họp Phòng Vật lý thiên văn năng lượng cao của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ.
Họ nói rằng ước tính tốt nhất của bán kính của một ngôi sao neutron của họ là 7 dặm (11,5 km), cộng hoặc trừ đi dạo quanh khu phố Pháp. Khối lượng dường như gấp 1,75 lần so với Mặt trời, lớn hơn một số lý thuyết dự đoán. Họ đã thực hiện các phép đo của mình với Trình thám hiểm thời gian tia X của NASA NASA Rossi và lưu trữ dữ liệu X-quang
Mối quan hệ bán kính khối lượng được tìm kiếm lâu dài xác định mối quan hệ mật độ và áp suất bên trong sao neutron, được gọi là phương trình trạng thái. Và điều này, đến lượt nó, xác định loại vật chất nào có thể tồn tại bên trong một ngôi sao neutron. Các nội dung cung cấp một bài kiểm tra quan trọng cho các lý thuyết mô tả bản chất cơ bản của vật chất và năng lượng và sức mạnh của các tương tác hạt nhân.
Cấm chúng tôi thực sự muốn có được những thứ ở trung tâm của một ngôi sao neutron, Stro nói. Tuy nhiên, vì chúng ta có thể làm được điều đó, đây là điều tốt nhất tiếp theo. Một ngôi sao neutron là một phòng thí nghiệm vũ trụ và cung cấp cơ hội duy nhất để thấy tác động của vật chất bị nén đến mức như vậy.
Một ngôi sao neutron là phần cốt lõi của một ngôi sao lớn hơn Mặt trời một lần. Phần bên trong chứa vật chất dưới các lực có lẽ tồn tại vào thời điểm xảy ra Vụ nổ lớn nhưng không thể nhân đôi trên Trái đất. Ngôi sao neutron trong thông báo ngày hôm nay là một phần của hệ thống sao nhị phân có tên EXO 0748-676, nằm trong chòm sao Volans, hay Cá bay, cách xa khoảng 30.000 năm ánh sáng, có thể nhìn thấy trên bầu trời phía nam với kính viễn vọng sân sau lớn.
Trong hệ thống này, khí từ một ngôi sao đồng hành của người Viking bình thường lao vào ngôi sao neutron, bị hấp dẫn bởi trọng lực. Điều này kích hoạt các vụ nổ nhiệt hạch trên bề mặt sao neutron chiếu sáng khu vực. Những vụ nổ như vậy thường tiết lộ tốc độ quay của sao neutron thông qua sự nhấp nháy trong ánh sáng tia X phát ra, được gọi là dao động nổ. (Tham khảo mục 1 - 6 để biết khái niệm nghệ sĩ của quá trình này. Có thể tìm thấy một bộ phim và chú thích chi tiết trong cột màu xanh bên phải.)
Các nhà khoa học đã phát hiện tần số dao động nổ 45 hertz, tương ứng với tốc độ quay của sao neutron là 45 lần mỗi giây. Đây là một tốc độ nhàn nhã cho các sao neutron, thường được nhìn thấy quay hơn 300 lần mỗi giây.
Các nhà khoa học tiếp theo đã tận dụng các quan sát EXO 0748-676 với vệ tinh XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu từ năm 2002, do Tiến sĩ Jean Cottam của NASA Goddard dẫn đầu. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra các vạch quang phổ phát ra từ khí nóng, tương tự như các vạch của tim. Những dòng này có hai tính năng. Đầu tiên, họ đã thay đổi Doppler. Điều này có nghĩa là năng lượng được phát hiện là trung bình của ánh sáng quay xung quanh ngôi sao neutron, di chuyển ra xa chúng ta và sau đó hướng về phía chúng ta. Thứ hai, các dòng được dịch chuyển đỏ hấp dẫn. Điều này có nghĩa là trọng lực kéo theo ánh sáng khi nó cố gắng thoát khỏi khu vực, đánh cắp một chút năng lượng của nó.
Strohmayer và Villarreal đã xác định rằng tần số 45 hertz và độ rộng đường quan sát được từ sự dịch chuyển Doppler phù hợp với bán kính sao neutron trong khoảng 9,5 đến 15 km, với ước tính tốt nhất là 11,5 km. Mối quan hệ giữa tần số nổ, sự dịch chuyển Doppler và bán kính là tốc độ của khí xoáy quanh bề mặt ngôi sao phụ thuộc vào bán kính ngôi sao ngôi sao và tốc độ quay của nó. Về bản chất, một vòng quay nhanh hơn tương ứng với một vạch phổ rộng hơn (một kỹ thuật tương tự như cách một người lính trạng thái có thể phát hiện những chiếc xe đang chạy quá tốc độ).
Phép đo độ lệch đỏ hấp dẫn của đội ngũ của nhóm đối với nhóm nghiên cứu của Cottam đưa ra thước đo đầu tiên về tỷ lệ bán kính khối lượng, mặc dù không có kiến thức về khối lượng và bán kính. Điều này là do mức độ dịch chuyển đỏ (cường độ của trọng lực) phụ thuộc vào khối lượng và bán kính của sao neutron. Một số nhà khoa học đã đặt câu hỏi về phép đo này, vì các vạch quang phổ được phát hiện dường như quá hẹp. Các kết quả mới củng cố cho việc giải thích dịch chuyển đỏ hấp dẫn của các vạch quang phổ của đội ngũ của đội nhómamam (và do đó là tỷ lệ bán kính khối lượng) vì một ngôi sao quay chậm có thể dễ dàng tạo ra các đường tương đối hẹp như vậy.
Vì vậy, ngày càng tự tin hơn về tỷ lệ bán kính khối lượng và giờ đã biết bán kính, các nhà khoa học có thể tính được khối lượng sao neutron. Giá trị là từ 1,5 đến 2,3 khối lượng mặt trời, với ước tính tốt nhất là 1,75 khối lượng mặt trời.
Kết quả này ủng hộ giả thuyết rằng vật chất trong sao neutron trong EXO 0748-676 được đóng gói chặt đến mức hầu như tất cả các proton và electron đều bị nén lại thành neutron, xoáy vào như một siêu lỏng, một chất lỏng chảy mà không ma sát. Tuy nhiên, vấn đề không phải là đóng gói chặt chẽ đến nỗi các quark được giải phóng, một ngôi sao được gọi là quark.
Villareal cho biết, kết quả của chúng tôi đang thực sự bắt đầu áp dụng phương trình sao neutron của nhà nước. Có vẻ như các phương trình trạng thái dự đoán các ngôi sao rất lớn hoặc rất nhỏ gần như bị loại trừ. Có lẽ thú vị hơn là bây giờ chúng ta có một kỹ thuật quan sát cho phép chúng ta đo các mối quan hệ bán kính khối lượng trong các ngôi sao neutron khác.
Một sứ mệnh được đề xuất của NASA có tên là Đài quan sát tia X của Chòm sao sẽ có khả năng thực hiện các phép đo như vậy, nhưng với độ chính xác cao hơn nhiều, đối với một số hệ sao neutron.
Nguồn gốc: NASA News Release
