Tanya Ethan: Bagaimana rotasi memengaruhi bentuk pulsar?

Bintang neutron adalah salah satu bentuk materi terpadat di Semesta, tetapi massanya memiliki batas atas. Jika dilampaui, bintang neutron runtuh ke dalam lubang hitam

Ada beberapa benda tetap di alam semesta; hampir semua benda yang kita kenal berputar. Setiap bulan, planet, bintang yang kita kenal, berputar di sekitar sumbunya, sehingga dalam realitas fisik kita tidak ada bola ideal. Objek dalam keseimbangan hidrostatik, selama rotasi, membengkak di sekitar khatulistiwa dan dikompresi dari kutub. Bumi kita, berkat satu revolusi per hari, di sepanjang sumbu khatulistiwa adalah 42 km lebih panjang dari kutub, dan ada benda-benda yang berputar jauh lebih cepat. Bagaimana dengan objek berputar tercepat? Pembaca kami bertanya:

Beberapa pulsar berputar sangat cepat. Seberapa jauh ini mengubah bentuk mereka, dan apakah mereka tidak membuang materi karena ini - atau apakah gravitasi mereka memegangnya?

Ada pembatasan kecepatan rotasi objek, dan meskipun pulsar tidak terkecuali, beberapa di antaranya dapat disebut benar-benar luar biasa.


The Pulsar in Sails , seperti semua pulsar, adalah contoh sisa-sisa bintang neutron. Gas dan materi sering mengelilingi pulsar, dan mereka adalah sumber bahan bakar untuk perilaku denyut bintang neutron ini.

Pulsar, atau bintang neutron yang berputar, memiliki beberapa sifat paling luar biasa di antara semua objek di alam semesta. Mereka muncul setelah supernova, ketika nukleus runtuh ke keadaan bola neutron padat, melebihi massa Matahari, tetapi hanya beberapa kilometer dengan diameter. Ini adalah bentuk materi paling padat yang diketahui. Dan meskipun mereka disebut bintang neutron, mereka hanya 90% terdiri dari neutron, jadi ketika mereka berputar, partikel bermuatan mereka telah bergerak sangat cepat dan menciptakan medan magnet yang kuat. Ketika partikel-partikel yang mengelilinginya jatuh ke bidang ini, mereka berakselerasi, dan jet relativistik , atau jet, yang berasal dari kutub bintang neutron muncul. Dan ketika salah satu kutub ini menunjuk ke arah kita, kita melihat "dorongan" pulsar.


Pulsar, yang terdiri dari neutron, memiliki kulit terluar proton dan neutron, menciptakan medan magnet yang sangat kuat, satu triliun kali lebih besar dari pada permukaan Matahari. Perhatikan bahwa sumbu rotasi dan sumbu magnet sedikit berbeda.

Sebagian besar bintang-bintang neutron yang ada tidak tampak seperti pulsar bagi kita, karena sebagian besar bintang tersebut tidak diputar sehingga sumbu rotasi bertepatan dengan garis pandang. Ada kemungkinan bahwa semua bintang neutron adalah pulsar, tetapi hanya sebagian kecil dari mereka yang terlihat oleh kita. Namun demikian, bahkan pulsar yang diamati memiliki penyebaran besar dalam jumlah revolusi.


Dalam gambar inti nebula kepiting - bintang muda dan masif yang baru-baru ini mati dalam ledakan supernova yang menakjubkan - Anda dapat melihat gelombang karakteristik yang dihasilkan oleh bintang neutron yang berdenyut dengan cepat dan berputar, sebuah pulsar. Pulsar muda ini, yang baru berusia 1000 tahun, berputar 30 kali per detik, adalah ciri khas pulsar biasa.

Pulsar biasa, yang dimiliki kebanyakan pulsar muda, menghabiskan revolusi penuh dari beberapa ratus detik hingga beberapa detik, dan pulsar milidetik yang lebih tua berputar lebih cepat. Pulsar yang paling cepat diketahui berputar 766 kali per detik, dan yang paling lambat, ditemukan di pusat supernova RCW 103 yang berusia 2000 tahun, berputar dalam waktu 6,7 jam yang luar biasa .


Bintang neutron yang berputar sangat lambat di inti sisa-sisa supernova RCW 103 juga merupakan magnetar . Pada tahun 2016, data baru dari berbagai satelit mengkonfirmasi bahwa itu adalah bintang neutron yang paling lambat berputar dari yang diketahui

Beberapa tahun yang lalu, sebuah kisah yang salah berjalan di sekitar jaringan bahwa bintang yang berputar perlahan ternyata menjadi objek terdekat dengan bola yang dikenal umat manusia. Sulit! Matahari sangat dekat dengan bola ideal, dan di bidang ekuator hanya 10 km lebih besar dari diameter sepanjang sumbu antara kutub (yaitu, ia berbeda dari bola ideal sebesar 0,0007%), dan bintang yang baru ditemukan KIC 11145123 lebih dari dua kali lebih besar dari Matahari ukuran, tetapi perbedaan dalam garis khatulistiwa dan kutub hanya 3 km.


Pada bintang berputar paling lambat yang kita kenal, Kepler / KIC 1145123, diameter di kutub dan khatulistiwa berbeda hanya dengan 0,0002%. Namun, bintang-bintang neutron dapat menjadi lebih banyak.

Namun, meskipun perbedaan hanya 0,0002% dari bola ideal adalah hasil yang baik, yang paling lambat dari semua bintang neutron berputar, yang dikenal sebagai 1E 1613 , memecahkan semua catatan ini. Diameternya sekitar 20 km, dan perbedaan antara jari-jari khatulistiwa dan kutub tidak melebihi jari-jari proton: kurang dari satu triliun dari 1%. Tentu saja, jika kita dapat yakin bahwa bentuk bintang neutron ditentukan oleh dinamika rotasinya.

Tapi, mungkin, pada kenyataannya, tidak demikian, dan kebenaran pernyataan ini memainkan peran besar dalam mempelajari sisi lain dari koin - bintang-bintang neutron yang berputar paling cepat.


Bintang neutron kecil dan redup, tetapi sangat panas dan dingin untuk waktu yang sangat lama. Jika kita bisa mengamatinya dan melihat kilauannya, kita akan melihatnya bersinar jutaan kali lebih lama dari usia Alam Semesta saat ini.

Bintang neutron memiliki medan magnet yang sangat kuat - untuk bintang neutron biasa, intensitasnya 100 miliar Gauss, dan untuk magnetar dengan medan magnet terkuat, ia berada dalam kisaran 100 triliun hingga 1 kuadriliun Gauss. Sebagai perbandingan, intensitas medan magnet Bumi adalah sekitar 0,6 G. Dan jika rotasi mencoba untuk meratakan bintang neutron dan membawanya ke bentuk spheroid terjepit, maka medan magnet bertindak dalam arah yang berlawanan, menarik bintang neutron di sepanjang sumbu rotasi menjadi bentuk seperti melon, yang dikenal sebagai spheroid memanjang.


Spheroids terkompresi dan memanjang

Karena keterbatasan gelombang gravitasi, kami yakin bahwa bintang-bintang neutron menjauh dari bentuknya karena rotasi tidak lebih dari 10-100 cm, yang berarti bahwa mereka bulat sempurna dengan keakuratan 0,0001%. Tetapi pada kenyataannya, deformasi harus lebih sedikit. Bintang neutron berputar tercepat memiliki frekuensi rotasi 766 Hz, atau periode revolusi 0,0013 dtk.

Dan meskipun ada banyak cara untuk menghitung perataan bahkan untuk bintang-bintang neutron tercepat (tanpa persamaan yang berlaku umum), bahkan kecepatan yang luar biasa ini, karena permukaan di khatulistiwa bergerak pada kecepatan sekitar 16% dari kecepatan cahaya, akan mengarah pada perataan hanya 0,0000001% , plus atau minus beberapa pesanan. Dan ini bahkan tidak mendekati kecepatan pelarian - semua yang ada di permukaan bintang neutron akan tetap ada.


Tepat sebelum penggabungan, dua bintang neutron tidak hanya memancarkan gelombang gravitasi, tetapi juga menghasilkan ledakan bencana yang merespons seluruh spektrum elektromagnetik, serta aliran unsur-unsur berat yang lebih dekat ke bagian paling akhir dari tabel periodik.

Setelah fusi dua bintang neutron, contoh paling ekstrim dari bintang neutron berputar yang terbentuk sebagai hasil fusi dapat diperoleh. Menurut teori standar kami, bintang-bintang neutron ini akan runtuh ke dalam lubang hitam ketika ambang massa tertentu terlampaui: sekitar 2,5 kali matahari. Tetapi jika bintang-bintang neutron ini berputar dengan cepat, maka untuk beberapa waktu mereka dapat tetap menjadi bintang neutron sampai energi yang cukup dipancarkan dalam bentuk gelombang gravitasi dan mereka mencapai keadaan ketidakstabilan kritis. Proses semacam itu dapat meningkatkan massa maksimum bintang neutron, setidaknya untuk sementara, sebesar 10-20%.

Dan kami percaya bahwa inilah tepatnya yang terjadi selama penggabungan dua bintang neutron yang kami amati .



Pada kecepatan berapa bintang neutron berputar setelah fusi? Seberapa terdistorsi bentuknya? Gelombang gravitasi apa yang memancarkan bintang neutron yang dihasilkan dari merger?

Untuk mendapatkan jawaban, perlu untuk menggabungkan studi peristiwa yang melibatkan massa dari berbagai rentang: total massa tidak melebihi 2,5 matahari (bintang neutron yang stabil harus diperoleh), massa adalah 2,5 hingga 3 matahari (seperti dalam peristiwa yang kami amati ketika bintang neutron yang ada untuk sementara berubah menjadi lubang hitam), massa lebih dari 3 matahari (ketika lubang hitam segera diperoleh), dan menambah pengukuran sinyal cahaya. Kita juga bisa belajar lebih banyak dengan mendeteksi fase pendekatan dalam spiral sedini mungkin, dan dengan mengirimkan teleskop terlebih dahulu ke sumber yang dimaksud. Dan dengan commissioning LIGO / Virgo dan detektor gelombang gravitasi lainnya, serta dengan peningkatan kepekaan mereka, kami dapat melakukannya dengan lebih baik dan lebih baik.


Penggabungan dua bintang neutron dalam pandangan artis. Sistem biner dari bintang-bintang neutron juga secara bertahap berputar bersama dan bergabung, tetapi pasangan terdekat yang kami temukan tidak akan bergabung selama hampir 100 juta tahun. Sampai saat itu, LIGO kemungkinan akan menemukan banyak kandidat lain.

Sampai saat itu, ketahuilah bahwa bintang-bintang neutron, terlepas dari perputarannya yang cepat, sangat padat karena kepadatannya yang tak tertandingi. Bahkan dengan medan magnet yang kuat dan kecepatan rotasi relativistik seperti mereka, itu adalah bola yang lebih ideal daripada apa pun yang dapat kita temukan pada skala makroskopik di Semesta. Kecuali partikel individu terbukti menjadi bola yang lebih ideal (dan ini bisa terjadi), bintang neutron yang berputar perlahan dengan medan magnet yang lemah akan tetap menjadi kandidat terbaik untuk objek bola paling yang muncul secara alami. Bintang neutron stabil yang berumur panjang hanya akan secara perlahan mengurangi kecepatan rotasi seiring waktu. Dan segala sesuatu yang ada di permukaannya akan tetap ada di sana.