• Começa Com Um Estrondo

O presente cósmico das estrelas de nêutrons

Crédito da imagem: ESO/L. Calçada, de um pulsar orbitando um companheiro binário e as ondas gravitacionais (ou ondulações) no espaço-tempo que surgem como resultado.

Um live-blog incrível de um evento incrível.

Está ficando claro que, em certo sentido, o cosmos fornece o único laboratório onde condições suficientemente extremas são alcançadas para testar novas ideias sobre física de partículas. As energias no Big Bang foram muito mais altas do que podemos alcançar na Terra. Então, olhando para as evidências do Big Bang e estudando coisas como estrelas de nêutrons, estamos de fato aprendendo algo sobre física fundamental. – Martin Rees

Se você pegar a matéria normal – algo feito de prótons, nêutrons e elétrons – e comprimi-la o máximo possível, algo incrível acontece. Em temperaturas e densidades suficientemente altas, algo que requer uma quantidade tremenda de massa centenas de milhares de vezes maior que o planeta Terra, ocorre a fusão nuclear, dando origem a uma estrela viva. Queime todo o hidrogênio, no entanto, e o núcleo da sua estrela será feito de hélio, que entrará em colapso ainda mais e aquecerá a temperaturas e densidades ainda mais altas. Atingir uma temperatura crítica e o hélio começará a queimar, formando carbono. Depois de algum tempo, você também ficará sem hélio, onde seu núcleo agora de carbono começa a se contrair, aquecendo e se tornando mais denso. Nesta fase, uma de duas coisas críticas pode ocorrer.

Ou sua estrela não é massivo o suficiente para incendiar o carbono, e nesse caso ele vai soprar suavemente suas camadas externas e formar uma anã branca no centro: uma massa degenerada de átomos que talvez seja a massa do Sol, mas apenas o tamanho físico da Terra. Isso soa como um estado incrível da matéria, mas ainda é relativamente escasso, com apenas algumas centenas de milhares de vezes a densidade do nosso planeta. Os próprios átomos são suficientes para evitar que o colapso gravitacional leve as coisas adiante.

Crédito da imagem: ESA/Hubble, NASA, da supernova 1987a, um remanescente de supernova tipo II que surgiu de uma estrela moribunda que sofreu fusão de carbono, semelhante ao descrito abaixo.

Mas se sua estrela é massiva o suficiente para inflamar o carbono, a próxima sequência de eventos é inevitável:

• o carbono se fundirá em oxigênio até que o núcleo interno fique sem carbono,
• o núcleo de oxigênio vai se contrair, aquecer e inflamar, fundindo-se em silício e enxofre,
• o núcleo de silício/enxofre irá se contrair, aquecer e inflamar, fundindo-se em ferro, cobalto e níquel,
• onde o núcleo de ferro, cobalto e níquel não pode inflamar mais e sofre um evento de colapso espontâneo.

Dependendo da massa do núcleo, ele entrará em colapso até um buraco negro ou – para a grande maioria das estrelas que passam por esse processo – os próprios átomos passarão de prótons, nêutrons e elétrons para uma bola. apenas de nêutrons puros.

Crédito da imagem: NASA (L), Instituto Max Planck de Radioastronomia / Michael Kramer, via http://www.mpg.de/7644757/W002_Physics-Astronomy_048-055.pdf .

Essas entidades maciças e colapsadas são estrelas de nêutrons, chegando a três vezes a massa do nosso Sol, mas não são maiores do que uma grande cidade como Washington , D.C. Eles são alguns dos objetos mais extremos do nosso Universo e nos permitem explorar algumas coisas incríveis:

• Eles nos permitem examinar os limites da relatividade especial e geral: eles giram a até 2/3 da velocidade da luz!
• Estes são os objetos mais densos possíveis antes de se tornarem um buraco negro: mais do que uma massa solar de material em um volume de apenas alguns quilômetros de largura!
• Algumas estrelas de nêutrons pulsam até quase 1.000 vezes por segundo, criando os relógios naturais mais perfeitos do Universo.
• Estrelas de nêutrons em sistemas binários emitem radiação gravitacional e suas órbitas decaem, um dos testes mais importantes e rigorosos da relatividade geral de campo forte devido ao espaço incrivelmente curvo ao seu redor.
• Estrelas de nêutrons em colisão não apenas criam buracos negros, mas criam a maioria de muitos dos elementos mais pesados ​​– ouro, platina, mercúrio e paládio, entre outros – em nosso Universo hoje.
• E eles emitem em todo o espectro de radiação eletromagnética graças a campos magnéticos mais de um trilhão de vezes mais fortes que os do Sol: desde ondas de rádio até raios gama, incluindo de fontes no centro da galáxia !

Crédito da imagem: Christoph Weniger, UvA , UvA/Princeton, com dados do Satélite Fermi como imagem principal.

Esses objetos contêm pistas e possivelmente as chaves para muitos segredos cósmicos, e é por isso que estou encantado que Vicky Kaspi, da McGill, tenha dado a notícia da semana passada. palestra pública no Perimeter Institute .

A palestra começou às 19:00 ET / 16:00 PT na última quarta-feira, e eu fiz um live-blog sobre a coisa toda abaixo, à medida que se desenrolava. A melhor maneira de visualizá-lo é ver a transmissão ao vivo aqui :

https://www.youtube.com/watch?v=8YO-_uhhH6Y

e atualizar constantemente esta página em uma guia/janela separada e acompanhar meus comentários. Aproveitar!

Crédito da imagem: Perimeter Institute for Theoretical Physics; foto de Owen Egan.

15h46 (todos os horários do Pacífico nas atualizações a seguir; a palestra pública começa às 4:00): Estamos começando o blog ao vivo na preparação para a palestra! Para começar, responderei às perguntas que me chegaram por meio de vários meios de comunicação social, compartilhando as respostas com o melhor de nosso conhecimento. Se você quiser seu pergunta durante a palestra respondida por mim ou pelo palestrante, twitte usando a hashtag #piLIVE para ter uma chance!

Crédito da imagem: NASA.

15h50 : Por que as estrelas de nêutrons não decaem? Um nêutron livre tem uma vida útil de apenas 15 minutos, mas as estrelas de nêutrons, feitas quase inteiramente de nêutrons, não decaem em escalas de tempo de pelo menos centenas de milhões de anos! A resposta é que assim como os nêutrons em seus núcleos atômicos não decaem, graças à energia de ligação de prótons e nêutrons através da força nuclear, o força gravitacional de estrelas de nêutrons é tão grande que mesmo os nêutrons na superfície não têm energia suficiente para decair. Você pode fazer as contas e perguntar como pequeno a massa de uma estrela de nêutrons deve ser inferior à massa de Saturno. Como a estrela de nêutrons de menor massa ainda tem mais da metade da massa do Sol (e milhares de vezes a massa de Saturno), estamos a salvo do decaimento de estrelas de nêutrons.

Crédito da imagem: ESA/ATG Medialab.

15h55 : Por que as estrelas de nêutrons – feitas de coisas neutras como nêutrons – têm campos magnéticos tão fortes? Existem três escolas de pensamento:

1. As estrelas de onde se originam têm campos magnéticos e, quando colapsam em estrelas de nêutrons, esse fluxo fica preso e permanece, tornando-se mais intenso devido ao colapso e à dissolução.
2. Os próprios nêutrons têm momentos magnéticos intrínsecos (já que são feitos de quarks carregados) e, portanto, seus movimentos são responsáveis ​​pelos campos magnéticos.
3. Os nêutrons em estrelas de nêutrons compõem apenas cerca de 90% da estrela de nêutrons, com cerca de 9% compostos de prótons e elétrons. (Com um pouco de outro lá.) Os prótons e elétrons são livres para se mover e criam correntes e, portanto, campos magnéticos.

A terceira explicação provavelmente está correta, mas não temos certeza!

Crédito da imagem: NASA/CXC/SAO/F.Seward et al.

16h01 : Por que as estrelas de nêutrons são tão esféricas se as supernovas são assimétricas? Por causa da gravidade: você obtém tanta massa nesse pequeno espaço, e a incrível força da gravitação o esfericaliza muito, muito rapidamente. De fato, a necessidade de uma estrela de nêutrons ser esférica é o motivo pelo qual uma estrela de nêutrons inicialmente girando rapidamente diminuirá para apenas cerca de 1/3-1/4 da velocidade da luz através da radiação gravitacional: uma forma não esférica irradiará gravitacionalmente até ele está girando mais devagar e, portanto, torna-se mais esférico.

16h03 : A conversa começa! Que início pontual! Muito bem, Instituto Perimeter!

Crédito da imagem: captura de tela do instituto do perímetro.

16h04 : As estrelas não são Lindsay LNN -0,16% Lohan ou Justin Bieber (e não porque também não é 2009), mas também não são essas coisas, acima, que você pensa. Pelo menos, não para Kaspi! Ela vai falar sobre estrelas de nêutrons, que são muito, muito diferentes do que tradicionalmente consideramos estrelas em geral. Eles não fundem nada, para começar!

Crédito da imagem: captura de tela do Perimeter Institute.

16h07 : É assim que você se torna uma estrela de nêutrons: uma estrela massiva que se transforma em supernova (uma supernova tipo II, de um colapso do núcleo), mas que não é massiva o suficiente para se tornar um buraco negro. Entre 8 e 20, 30 ou 40 massas solares faz uma estrela de nêutrons, a propósito, onde o limite superior é incerto.

Crédito da imagem: captura de tela do Perimeter Institute.

16h10 : Uma das estrelas de nêutrons mais divertidas está no centro da Nebulosa do Caranguejo. Em 1054, muitas culturas observaram uma supernova, tão brilhante quanto uma lua crescente. (Kaspi diz a Lua cheia, mas isso não está certo.) Mas não temos uma supernova em nossa galáxia há mais de 100 anos. O último que nós serrar a olho nu foi em 1604 - a supernova de Kepler - mas tivemos pelo menos duas desde então: uma em Cassiopeia no final de 1600 e outra no final de 1800 em direção ao centro galáctico, que descobrimos apenas algumas décadas atrás!

Crédito da imagem: NASA/CXC/NCSU/K. Borkowski et al.

16h12 : Para aqueles que estão céticos, aqui está a foto da supernova do Chandra (acima): G1,9 + 0,3 . Mas esta foi uma supernova do tipo Ia que explodiu por volta de 1868; você precisa de um tipo II para fazer uma estrela de nêutrons!

Crédito da imagem: captura de tela da palestra do Perimeter Institute.

16h15 : Se você quer encontrar uma estrela de nêutrons, a propósito, você não olha na luz visível; eles são muito fracos em comparação com outras estrelas. Em vez disso, você normalmente olha no rádio, usando um telescópio (o Green Bank Telescope, com 100 metros de diâmetro, é o maior radiotelescópio orientável do mundo) e ouve os pulsos que são emitidos do pólo da estrela de nêutrons.

16h18 : Aqui está o que acontece: qualquer estrela de nêutrons que tenha matéria ao seu redor - como de uma companheira binária - terá essa matéria circundante ionizada e depois acelerada por seu campo magnético. Ele é emitido pelos pólos da estrela de nêutrons e, à medida que a estrela de nêutrons gira, sempre que esse pólo aponta para você, você recebe um pulso de rádio. É por isso que ouvimos o tique-taque de um pulsar nos intervalos regulares que fazemos.

#pilive É isso que aconteceria com a luz se Einstein acendesse uma lanterna em uma estrela de nêutrons? pic.twitter.com/cUf1b1eYzR

— keith (@laughchem) 4 de fevereiro de 2016

16h20 : Aqui está uma pergunta divertida de Twitter (tweet suas perguntas usando #piLIVE): é isso que a luz faria na superfície de uma estrela de nêutrons? Depende; a luz pode escapar da superfície de uma estrela de nêutrons, então ela se curvará, mas não tão rápido! Se você atirar paralelamente à superfície da estrela de nêutrons, ela limpará a estrela de nêutrons e, embora seja severamente dobrada, não colidirá com a superfície da estrela.

Crédito da imagem: ESA/Hubble & NASA, de NGC 6752.

16h23 : Fazer estrelas de prótons existir? Sim, eles fazem; são chamados de estrelas. Eles são feitos de prótons… e também de elétrons. De fato, em número de átomos, mesmo o Sol, que está queimando há cerca de 4,5 bilhões de anos até agora, ainda tem cerca de 87% de prótons em número de núcleos.

Crédito da imagem: Palestra do Perimeter Institute.

16h26 : O maior não direcionável radiotelescópio na Terra é o gigante de Arecibo, em Porto Rico. Tem mais de 500 metros (quase um terço de milha) de diâmetro!

Crédito da imagem: captura de tela do Perimeter Institute.

16h28 : Marque-o! Você pode ouvir para pulsares aqui, e ouça como as coisas vão de tique-taque a sons reais, assim como amplificadores/vibradores mecânicos/alto-falantes reais soam! (Eu sinto Muito, Nicole Gugliucci , eu sei que isso te deixa com tanta raiva!)

16h31 : E se você quiser ouvir a música de Terzan 5, o aglomerado globular, ela está tocando agora. Sorte sua que você está ouvindo apenas os pulsares dentro de um ou dois de cada vez, em vez do cacofônico naufrágio que você ouviria se fosse todo deles de uma vez! Seria tão desarmônico que faria Beck soar como Bach.

Crédito da imagem: ESO/L. Calçada.

16h37 : É hora, agora, de falar sobre nosso primeiro sistema extremo: um pulsar binário. O que acontece aqui é realmente incrível. Ao contrário da teoria de Newton, onde você orbita algo, você retorna à sua posição inicial eventualmente, na Relatividade Geral, sua órbita decai! Para a Terra ao redor do Sol, você gostaria de viver tanto tempo (leva cerca de 10¹⁵⁰ anos), mas para essas estrelas de nêutrons, a órbita muda no período de meses! Russell Hulse e Joe Taylor viram um pulsar binário – um pulsar orbitando outro objeto em colapso – e descobriram que sua órbita decaiu consistentemente com Einstein, e ganharam o Prêmio Nobel no início dos anos 1990 (correção, 1994) por isso.

16h41 : Outra coisa divertida: como a energia deve ser conservada, e uma órbita parcialmente decomposta está em um estado de energia inferior à original, deve haver radiação gravitacional proveniente dela. A esperança dos atuais e futuros observatórios de ondas gravitacionais - LIGO e LISA - esperam encontrá-los!

16h44 : Um pulsar duplo de sorte: estamos orientados menos de 1 grau inclinado para o plano orbital de um pulsar binário que descobrimos; quanta sorte!

Crédito da imagem: captura de tela do Perimeter Institute.

16h45 : Einstein prevê que essas magnetosferas de pulsares devem eclipsar a outra e que os pulsos de uma devem ser ocultados pela outra por cerca de 30 segundos a cada poucas horas. Além disso, as órbitas e os eclipses da magnetosfera devem precessar por uma taxa específica, também prevista pela Relatividade Geral. Você apostou em Einstein? Você devia ter!

Crédito da imagem: captura de tela do Perimeter Institute.

16h48 : E uma das coisas divertidas que foi um pouco inesperada: durante o eclipse, um pouco de fluxo do pulsar de fundo passa! Isso foi uma surpresa, então Kaspi e seus colaboradores modelaram a magnetosfera e viram o que acontecia. Você apostou em Einstein de novo? Esta é uma boa teoria, é o meu ponto: está comemorando seu 101º aniversário este ano, ainda sendo testado de novas maneiras, e ainda está dando certo !

Crédito da imagem: NASA, H. Ford (JHU), G. Illingworth (UCSC/LO), M.Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), Equipe Científica da ACS e ESA.

16h54 : As galáxias de Ratos (porque elas têm caudas) têm buracos negros em fusão e, à medida que as ondulações gravitacionais passam pelos pulsares, seremos capazes de criar uma matriz de tempo de pulsar e ver como o espaço é dobrado por essas ondas e, portanto, como o pulsar o tempo muda à medida que as ondas passam por eles!

Crédito da imagem: Captura de tela do Perimeter Institute.

16h56 : Um primeiro! Esta é a primeira palestra pública do Perimeter que eu já vi que não acabou apenas na hora, mas na verdade acabou cedo ! Foi uma boa conversa, e agora é hora de perguntas. Muito bem, Vicky; isso foi ótimo!

16h58 : Houve uma pergunta sobre a observação múons de pulsares ou atrás de pulsares, e há uma razão pela qual a resposta é não que ela perdeu: os múons têm uma vida média de 2,2 microssegundos, mas o pulsar mais próximo de nós está a centenas, senão milhares de anos-luz de distância! Mesmo em energias ultra-altas - mesmo em cerca de 10²⁰ eV de energia (no corte GZK) - cada múon ainda teria 99,99999% + de chance de decair antes de chegar até você. Fique com partículas estáveis!

Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/RIKEN/D.Takei et al; Óptico: NASA/STScI; Rádio: NRAO/VLA. E eu estou trapaceando; Estou usando uma imagem nova para representar uma supernova!

17h02 : As estrelas de nêutrons não precisam estar em sistemas binários, mas precisam ter algo para agregar. Conhecemos cerca de 2.500 pulsares, mas apenas cerca de 4% estão em sistemas binários. Você tem que ter sorte, porque as supernovas são catastróficas e, portanto, apenas uma pequena porcentagem dos sistemas binários sobrevive. Os sistemas binários são os que você ouve falar porque podemos aprender muito mais com eles!

17h05 : Por que nem todas as estrelas de nêutrons são pulsares? É duro! Porque se você encontrar uma estrela de nêutrons que não pulsa, ela pode não estar pulsando em você ! No pulsar duplo, um deles, de fato – aquele que eles chamam de ‘Pulsar B’ – não está mais apontando para nós. Em outras palavras, enquanto houver material para acelerar, você receberá um pulsar. Então eles provavelmente estão todos pulsando, mas talvez não para você. Você tem que ter sorte com pulsares!

17h08 : Chegamos ao fim, mas isso foi ótimo! Obrigado por se juntar a mim no blog ao vivo, e espero que você tenha gostado e achado a palestra educativa, e o blog ao vivo um ótimo complemento para ele!

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