Vi kan endelig vide, hvordan plasma eksploderer gennem vanvittige magnetfelter af neutronstjerner

Lys ekko fra en neutronstjernes røntgenudbrud. (NASA/CXC/UW-Madison/S. Heinz, et al.; Optisk: DSS)

Nye beregninger fra kede fysikere har netop bragt os lidt tættere på at forstå, hvordan materiale kan falde ned på neutronstjerner for at blusse kraftige eksplosioner af røntgenlys ud.

Hvis nok plasma er gravitationsmæssigt tiltrukket af den døde stjerne fra en binær ledsager, er dens masse tilstrækkelig til at tvinge en vej gennem barrieren skabt af neutronstjerne 's kraftige magnetfelt, der er på vej til neutronstjerneatmosfæren.

Det er en væsentlig del af det langvarige uløste mysterium med neutronstjernetilvækst og røntgenudbrud. Fundet kunne hjælpe os til bedre at forstå plasmas adfærd i magnetiske felter - noget der kunne være anvendeligt til udviklingen af ​​plasmafusion tilbage her på Jorden.

'Denne forskning startede med abstrakte spørgsmål,' sagde plasmafysiker Russell Kulsrud fra Princeton Plasma Physics Laboratory.

'Hvordan kan stof fra en ledsagerstjerne bryde igennem en neutronstjernes kraftige magnetfelt for at producere røntgenstråler, og hvad forårsager de observerede ændringer i disse felter?'

Neutronstjerner er blandt de mest tætte objekter i universet. De er, hvad der sker, når en stjerne med en bestemt masse (mellem 8 og 30 gange Solens masse) når slutningen af ​​sin hovedsekvens-levetid og dør.

Det ydre stjernemateriale blæses af i en supernovaeksplosion, mens stjernens kerne gravitationsmæssigt kollapser og danner en kompakt, ultratæt kugle, der i løbet af millioner af år vil holde op med at skinne - det eneste, der holder den glødende, er restvarme.

Når vi siger tæt, mener vi tæt , også. Det eneste tættere er en sort hul (hvilket, hvis forløberstjernen var mere massiv end 30 solmasser, ville kernen være kollapset ind i). En neutronstjerne er omkring 1,5 gange Solens masse, pakket ind i noget på måske 10 kilometer (6,2 miles) på tværs.

Disse ekstreme genstande hænger derude i rummet, typisk med et magnetfelt billioner af gange stærkere end Jordens . Nogle gange er de ledsaget af en binær følgesvend, på en tæt nok afstand til, at neutronstjernen kan fange og samle materiale fra ledsagerens atmosfære.

Når dette sker, danner materialet en skive, der føder ned på neutronstjernen og får energi, når den accelererer på grund af tyngdekraften. Denne energi undslipper i form af røntgenstråling, ofte koncentreret i søjler eller hotspots ved neutronstjernens poler. Vi ved, at dette sker; vi har observeret det. Men spørgsmålet om, hvordan plasmaet kan passere gennem magnetfeltet, forblev.

Heldigvis havde Kulsrud lidt tid på sig.

'Når pandemi startede, og alle var begrænset til deres hjem, besluttede jeg at tage modellen af ​​en neutronstjerne op og finde ud af et par ting,' forklarede han .

Han og hans kollega, astrofysiker Rashid Sunyaev fra Max Planck Institute for Astrophysics i Tyskland, udførte matematisk modellering for at finde ud af, om plasmaet forankrer og trækker magnetfeltet eller formår at slippe igennem og efterlade det intakt.

Ifølge deres beregninger er det sidstnævnte. Hvis massen af ​​det indfaldende plasma er høj nok, kan det udøve gravitationstryk på magnetfeltet. Dette frembringer en kaskade af udsving i magnetfeltets styrke, hvilket resulterer i en ustabilitet, der tillader plasmaet at slippe igennem.

Når først plasmaet er på den anden side, ledes det langs neutronstjernens magnetiske feltlinjer til polerne, hvor det samler sig på neutronstjernen.

Ifølge denne model bliver plasmaet, der akkumuleres ved polen, for tungt til at forblive understøttet på overfladen og synker ned i neutronstjernens indre. Det ekstra indre tryk ved polerne forvrænger så magnetfeltet. Over tid får trykket det indkommende plasma til at sprede sig over hele neutronstjernens overflade, hvilket genererer global røntgenstråling.

'Den tilføjede masse på neutronstjernens overflade kan forvrænge det ydre område af stjernens magnetfelt' sagde Kulsrud . 'Hvis du observerer stjernen, bør du se, at strålingen, der udsendes af magnetfeltet, gradvist vil ændre sig. Og det er faktisk det, vi ser.'

Holdet bemærker, at deres spekulationer sandsynligvis ikke vil gælde for alle neutronstjerner, fordi deres behandling af ustabiliteten er omtrentlig. Men resultaterne forudsiger den skiftende form af magnetfeltet over tid, såvel som et endeligt resultat.

I løbet af nogle få titusinder af år vil neutronstjernen gradvist øge sin masse såvel som sin radius med en hastighed på omkring en millimeter om året og i sidste ende nå en stabil tilstand for sit magnetfelt.

Og matematikken kunne have anvendelser i udviklingen aftokamak fusionsreaktorer, som bruger magnetiske felter til at begrænse plasma.

'Selvom der ikke er nogen direkte anvendelser af denne forskning til udvikling af fusionsenergi, er fysikken parallel,' sagde Kulsrud .

'Diffusionen af ​​energi gennem tokamaks, doughnut-formede fusionsfaciliteter, der bruges over hele verden, ligner spredningen af ​​stof hen over en neutronstjernes magnetfelt.'

Forskningen er blevet offentliggjort i Journal of Plasma Physics .

Populære Kategorier: Miljø , Tech , Ukategoriseret , Mennesker , Fysik , Natur , Forklarer , Plads , Sundhed , Samfund ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.