Astronomi

Hvad ligger i centrum af en neutronstjerne, hvis nogen?

Hvad ligger i centrum af en neutronstjerne, hvis nogen?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hvad fortæller den nuværende teori os om, hvad der foregår i kernen af ​​en neutronstjerne, jeg forventer et sort hul, forhåbentlig bliver jeg ikke skuffet!


Bestemt ikke et sort hul! Det ville slet ikke være en stabil situation.

Indholdet af kernen i en neutronstjer er genstand for meget spekulation. Mulighederne falder i en række kategorier. (i) En stadig hårdere neutronligning af staten, således at neutroner bevarer deres identitet, når de presses tættere på, men en stadig mere frastødende mange-krops stærk atomkraft giver støtte. (ii) Yderligere hadroniske frihedsgrader, således at neutronerne (og protonerne) transformeres til andre tunge hadroner såsom lambda- eller sigma-partikler. (iii) En eller anden form for kvarkplasma. (iv) Bosonkondensationer, der involverer neutronerne, der henfalder til pioner eller kaoner med intet momentum.

Der er en række diagnoser af disse muligheder: primært bør den maksimale mulige masse af en neutronstjerne falde fra ca. 3 solmasser i (i) ned til ca. 1,5 solmasse i (iv). Sikker måling af en 2-solmasse neutronstjerne ser ud til at udelukke (iv), men selv det virker ikke helt enig. En anden diagnostik er, hvor hurtigt neutronstjerner kan køle af. Tilstedeværelsen af ​​kvarkstof eller bosonkondensation bør føre til meget hurtigere afkøling ved neutrino-emission. Igen er der ikke kommet noget afgørende endnu.


Institut for Fysik og Astronomi College of Sciences

Nicholas Dimakis
Interim & # 160 Stol & # 160 Afdelingen for Fysik og Astronomi
Kontor: BINAB 2.115, ESCNE 1.606A
E-mail: & # [email protected]
Telefon Brownsville: (956) 882-6679
Telefon Edinburg: (956) 665-2041

Administrativ assistent
Institut for Fysik og Astronomi
Kontor: BINAB 2.102, & # 160ESCNE 1.606A
Telefon Brownsville: (956) 882-6779
Telefon Edinburg: (956) 665-3136


En rejse mod centrum

Lad os tage en rejse til det mystiske hjerte i vores Galaxy og se, hvad der er der. Figur 1 er et radiobillede af en region omkring 1500 lysår på tværs, centreret om Skytten A, en lys radiokilde, der indeholder den mindre Skytten A *. Meget af radioemissionen kommer fra varm gas opvarmet enten af ​​klynger af varme stjerner (stjernerne selv producerer ikke radioemission og kan ikke ses på billedet) eller af supernova-eksplosionsbølger. De fleste af de hule cirkler, der er synlige på radiobilledet, er supernovarester. Den anden hovedkilde til radioemission er fra elektroner, der bevæger sig med høj hastighed i regioner med stærke magnetfelter. De lyse tynde buer og & # 8220tråde & # 8221 på figuren viser os, hvor denne type emission produceres.

Figur 1. Radiobillede af regionen Galactic Center: Dette radiokort over centrum af galaksen (ved en bølgelængde på 90 centimeter) blev konstrueret ud fra data opnået med Very Large Array (VLA) af radioteleskoper i Socorro, New Mexico. Lysere regioner er mere intense i radiobølger. Det galaktiske centrum er inden for det område, der er mærket Skytten A. Skytten B1 og B2 er regioner med aktiv stjernedannelse. Der ses mange filamenter eller trådlignende funktioner såvel som et antal skaller (mærket SNR), som er supernovarester. Skalalinjen nederst til venstre er cirka 240 lysår lang. Bemærk, at radioastronomer også giver fantasifulde dyrenavne til nogle af strukturerne, ligesom tåger med synligt lys undertiden får navnene på dyr, de ligner. (kredit: modifikation af arbejde af N. E. Kassim, D. S. Briggs, T. J. W. Lazio, T. N. LaRosa og J. Imamura (NRL / RSD))

Lad os nu fokusere på det centrale område ved hjælp af en mere energisk form for elektromagnetisk stråling. Figur 2 viser røntgenemission fra et mindre område 400 lysår bredt og 900 lysår på tværs centreret i Skytten A *. På dette billede ses hundreder af varme hvide dværge, neutronstjerner og stjernesorte huller med tiltrædelsesdiske, der lyser med røntgenstråler. Den diffuse tåge på billedet er emission fra gas, der ligger blandt stjernerne og har en temperatur på 10 millioner K.

Figur 2. Galaktisk center i røntgenstråler: Denne kunstige mosaik med 30 billeder taget med røntgen-satellitten Chandra viser et område på 400 × 900 lysår i udstrækning og centreret om Skytten A *, den lyse hvide kilde i midten af ​​billedet. Røntgenemitterende punktkilder er hvide dværge, neutronstjerner og stjernesorte huller. Den diffuse & # 8220haze & # 8221 er emission fra gas ved en temperatur på 10 millioner K. Denne varme gas strømmer væk fra centrum ud i resten af ​​galaksen. Farverne angiver røntgenenergibånd: rød (lav energi), grøn (medium energi) og blå (høj energi). (kredit: ændring af arbejde af NASA / CXC / UMass / D. Wang et al.)

Når vi nærmer os centrum af galaksen, finder vi det supermassive sorte hul Skytten A *. Der er også tusinder af stjerner inden for en parsec af Skytten A *. De fleste af disse er gamle, rødlige stjernesekvenser. Men der er også omkring hundrede varme OB-stjerner, der skal have dannet sig inden for de sidste par millioner år. Der er endnu ingen god forklaring på, hvordan stjerner for nylig kunne have dannet sig så tæt på et supermassivt sort hul. Måske dannede de sig i en tæt klynge af stjerner, der oprindeligt var i større afstand fra det sorte hul og efterfølgende vandrede tættere på.

Der er i øjeblikket ingen stjernedannelse i det galaktiske centrum, men der er masser af støv og molekylær gas, der drejer rundt om det sorte hul sammen med nogle ioniserede gasstrømmere, der opvarmes af de varme stjerner. Figur 3 er et radiokort, der viser disse gasstrømmere.

Figur 3. Skytten A: Dette billede taget med Very Large Array af radioteleskoper viser radioemissionen fra varm, ioniseret gas i midten af ​​Mælkevejen. Linjerne, der skråner over toppen af ​​billedet, er gasstrømmere. Skytten A * er lyspunktet nederst til højre. (kredit: modifikation af arbejde af Farhad Zadeh et al. (Northwestern), VLA, NRAO)


Exploded Star afslører mærkeligt nyt stof

Den ultradette kerne af en eksploderet stjerne indeholder en bizar form for superledende stof kaldet en superfluid, antyder nye undersøgelser.

To forskergrupper, der brugte NASAs Chandra røntgenobservatorium, opdagede en hurtig dukkert i temperaturen på Cassiopeia A (Cas A), som er en neutronstjerne - den rest, der er tilbage, når en massiv stjerne slutter sit liv i en supernovaeksplosion. Det enorme temperaturfald er solidt bevis for tilstedeværelsen af ​​en underlig tilstand af stof i kernen i Cas A, sagde forskere.

"Den hurtige afkøling i Cas A & rsquos-neutronstjernen set med Chandra er det første direkte bevis for, at kernerne i disse neutronstjerner faktisk er lavet af superfluid og superledende materiale," Peter Shternin fra Ioffe Institute i Skt. Petersborg, Rusland, sagde i en erklæring. Han er leder af et af holdene.

Superfluider lavet af ladede partikler er også superledere, som tillader elektrisk strøm at strømme uden modstand.

En neutronstjerne køler af

Cas A er resten af ​​en kæmpe stjerne, der eksploderede for omkring 330 år siden. Neutronstjernen er omkring 11.000 lysår væk i stjernebilledet Cassiopeia.

Forskere i begge de nye undersøgelser fandt ud af, at det er afkølet med ca. 4 procent i løbet af en 10-årig periode.

"Dette fald i temperatur, selvom det lyder lille, var virkelig dramatisk og overraskende at se," sagde Dany Page fra National Autonomous University i Mexico, leder af det andet forskerhold. "Dette betyder, at der sker noget usædvanligt inden for denne neutronstjerne."

Neutronstjerner er nogle af de tætteste kendte objekter. En teskefuld neutronstjerne har en masse på 6 milliarder tons. [De mærkeligste ting i rummet]

Trykket i star & rsquos-kernen er så enormt, at de fleste elektroner der smelter sammen med protoner og producerer neutroner, sagde forskere.

Fysikere har udviklet detaljerede modeller til at forudsige, hvordan stof skal opføre sig ved så høje tætheder, herunder muligheden for, at der dannes superfluider.

Superfluiditet er en friktionsfri tilstand af stof, og superfluider skabt i laboratorier her på Jorden udviser bemærkelsesværdige egenskaber. Det kan for eksempel klatre opad og undslippe lufttætte containere, sagde forskere.

Superfluider i død stjerne kerne

I deres undersøgelser fandt begge forskningsgrupper bevis for, at Cas A's hurtige afkøling skyldes dannelsen af ​​en neutronsuperfluid i neutronstjernens kerne, og at dette skete inden for de sidste 100 år eller deromkring.

Detaljerne i Shternins undersøgelse vises i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters. Efterforskningen fra Page og hans team vises i tidsskriftet Physical Review Letters.

Cas A's faldende temperaturer er i overensstemmelse med teorien, som forudsiger, at en neutronstjerne skal gennemgå en tydelig afkøling under overgangen til superfluid-tilstanden, sagde forskere.

I løbet af denne tid dannes næsten masseløse, svagt interagerende partikler kaldet neutrinoer i stort antal og undslipper derefter og tager energi med dem. Afkøling forventes at fortsætte i yderligere et par årtier, før den bremser, siger forskere.

På jorden forekommer overflødighed i materialer ved ekstremt lave temperaturer nær absolut nul, ca. minus 273 grader Celsius (minus 459,6 grader Fahrenheit). Men i neutronstjerner kan det finde sted ved temperaturer nær 1 milliard grader F, fordi interaktioner mellem partikler forekommer via den stærke atomkraft - den kraft, der binder kvarker sammen for at fremstille protoner og neutroner, og protoner og neutroner sammen for at danne atomkerner.

Indtil nu var der en meget stor usikkerhed i skøn over denne kritiske temperatur. Men den nye forskning knytter det ned til mellem 900 millioner og 1,8 milliarder grader F (500 millioner til 1 milliard grader C), sagde forskere.

”Det viser sig, at Cas A kan være en gave fra universet, fordi vi bliver nødt til at fange en meget ung neutronstjerne på det rigtige tidspunkt,” sagde Page & rsquos medforfatter Madappa Prakash fra Ohio University.
"Nogle gange kan lidt held gå langt inden for videnskab."

Hjælper med at kaste lys over neutronstjerner

Forskerne sagde, at deres fund tyder på, at Cas A supernova-resten kan tjene som en god testleje til at studere, hvordan ultradensivt materiale opfører sig på atomniveau.

Disse resultater er også vigtige for at forstå mangfoldigheden blandt neutronstjerner, herunder pulsering, magnetarudbrud og udviklingen af ​​kraftige neutronstjernemagnetfelter, sagde forskere. De nye undersøgelser kunne også hjælpe forskere med bedre at forstå små, pludselige ændringer i stærkt magnetiserede, roterende neutronstjerner kendt som pulsarer.

Tidligere undersøgelser af de pulserende ændringer, kendt som glitches, har givet tegn på superfluide neutroner i skorpen af ​​en neutronstjerne, hvor densiteter er lavere end i kernen.

Den nye forskning på Cas A leverer dog det første direkte bevis for superfluide neutroner og protoner i kernen af ​​en neutronstjerne, sagde forskere.


60 millioner stjerner og ikke en fremmed opdaget

En strobiolog med Breakthrough Listen-projektet har frigivet de foreløbige resultater af en SETI-undersøgelse, hvor teamet jagtede efter radiosignaler langs en synslinje, der strækker sig mod det galaktiske centrum.

Søgningen efter udenjordiske radiosignaler er nu i det syvende årti, og vi har endnu ikke fundet noget spor af intelligent liv. Fortsæt søgningen, vi skal dog, da der ikke findes noget større uløst videnskabeligt mysterium end spørgsmålet om, hvorvidt vi er alene i universet.

Søgningen efter udenjordisk intelligens, eller SETI, er i øjeblikket begrænset til søgninger af formodede fremmede teknosignaturer - ting som optiske signaler og mikrobølgesignaler og tegn på megastrukturer. Når det er sagt, er radiosignaler fortsat det mest populære SETI-mål, da fokuserede radioemissioner kunne signalere tilstedeværelsen af ​​en fremmed civilisation, uanset om lækagen af ​​disse radiosignaler er bevidst eller utilsigtet.

Breakthrough Listen-projektet på 10 millioner dollars - et 10-årigt initiativ grundlagt for seks år siden af ​​den israelsk-russiske milliardær Yuri Milner og den afdøde fysiker Stephen Hawking - fortsætter i denne tradition og søger i dybden af ​​rummet efter tegn på radiosignaler produceret af udlændinge.

Til sin seneste undersøgelse brugte Breakthrough Listen-teamet, der var baseret på SETI Research Center ved University of California, Berkeley, Green Bank Radio Telescope i West Virginia og CSIRO's Parkes Radio Telescope i Australien til at samle omkring 600 timers radioobservationer. Deres seneste indsats var unik, idet det var den "mest følsomme og dybeste målrettede SETI" -undersøgelse, der nogensinde er udført af det galaktiske centrum, som SETI-forskerne skriver i et undersøgelsessæt, der skal offentliggøres i Astronomical Journal (et fortryk findes i øjeblikket på arXiv).

At lede efter rumvæsner langs en synslinje, der strækker sig fra Jorden til det supermassive sorte hul i midten af ​​Mælkevejen, har fordele og ulemper.

Fordelen er, at tætheden af ​​stjerner øges med afstanden til det galaktiske centrum. Følgelig tilbyder denne synsfelt "det største antal potentielt beboelige systemer i enhver retning på himlen", ifølge undersøgelsen. Hvad mere er, den relativt tætte nærhed af disse stjerner til hinanden kunne "fremskynde udviklingen af ​​interstellær kommunikation og rejse", hvilket kunne bidrage til fremkomsten af ​​"avancerede rumfartssamfund", som SETI-forskerne skriver i deres papir.

Ulempen er, at tingene bliver lidt hårede ud over et bestemt punkt. Ligesom solsystemet har Mælkevejen sin egen beboelige zone, ud over hvilken liv ikke kan opstå. Faktisk er den indre region i vores galakse (dvs. regionen uden for den galaktiske beboelige zone) et miljø med høj stråling fyldt med gammastråler, eksploderende supernovaer og skyer af gas, der når millioner af grader. Det hulking supermassive sorte hul ved den galaktiske kerne udgør en anden fare fuldstændigt.

Alligevel besluttede forfatterne af den nye undersøgelse, ledet af Vishal Gajjar fra Institut for Astronomi i Berkeley, at det ville være umagen værd at fokusere på en omfattende søgning nær det galaktiske centrum på grund af den store overflod af stjerner herfra og derfra. Som forskerne bemærkede i deres undersøgelse, "estimerede vi, at vi undersøgte omkring 60 millioner stjerner."

Interessant nok ledte holdet ikke efter utilsigtet radiolækage, men snarere periodiske radiotransienter, der kom fra hypotetiske fyrtårne ​​(med andre ord gentagne gange radioudbrud fra maskiner designet til at få vores opmærksomhed). Ifølge forskerne ”giver det galaktiske centrum” en ideel ”central placering for“ avancerede civilisationer til at placere en kraftig sender, der effektivt sender fyr over hele Mælkevejen ”, i hvad der er endnu en fordel ved denne strategi.

Gajjar og hans kolleger fejede for frekvenser mellem 0,7 og 93 GHz. Resultaterne af den foreløbige rapport var begrænset til frekvenser mellem 1 og 8 GHz og med intervaller på 7 timer (som observeret af Parkes) og 11,2 timer (som observeret af Green Bay Telescope). Der blev ikke fundet nogen gentagne radiobrister i overensstemmelse med et fremmed fyr inden for disse parametre.

Ingen udenjordiske intelligenser blev påvist, men forskerne formåede at fange forbigående begivenheder i overensstemmelse med magnetarer, så det vil være af interesse for astronomer, der studerer denne type neutronstjerne. Og igen, dette er en foreløbig rapport, så vi afventer spændt på yderligere resultater.

Tilbage i 2019 kom det samme hold op kort efter at have analyseret 1.372 stjerner i nærheden. Vi ser ikke ud til at finde noget bevis for fremmede liv på trods af vores samvittighedsfulde søgninger. Det bliver svært at ikke være pessimistisk over hele SETI-bestræbelsen, men der er noget, vi skal huske på: Søgen efter intelligent fremmedliv er kun lige begyndt.


Lyseste stjerner i Pegasus

De 10 lyseste stjerner i konstellationen Pegasus efter størrelsesorden.

    1. Stjerne
    2. Størrelse
    3. Spektral klasse
    1. (& epsilon Peg)
  • 2.38
  • K2Ibvar
    1. (& beta Peg)
  • 2.44
  • M2II-IIIvar
    1. (& alfapind)
  • 2.49
  • B9.5III
    1. (& gammapind)
  • 2.83
  • B2IV
    1. (& eta Peg)
  • 2.93
  • G2II-III ..
    1. (& zeta Peg)
  • 3.41
  • B8.5V
    1. (& mu Peg)
  • 3.51
  • M2III
    1. (& theta Peg)
  • 3.52
  • A2V
    1. (& iota Peg)
  • 3.77
  • F5V
    1. (& lambda Peg)
  • 3.97
  • G8II-III

25.4 Galaxy's Center

I begyndelsen af ​​dette kapitel antydede vi, at kernen i vores Galaxy indeholder en stor koncentration af masse. Faktisk har vi nu beviser for, at selve centrum indeholder en sort hul med en masse svarende til 4,6 millioner soler, og at al denne masse passer inden for en sfære, der har mindre end diameteren på Kviksølvs bane. Sådanne monster sorte huller kaldes supermassive sorte huller af astronomer for at indikere, at massen, de indeholder, er langt større end det typiske sorte hul, der er skabt ved død af en enkelt stjerne. Det er forbløffende, at vi har meget overbevisende beviser for, at dette sorte hul virkelig eksisterer. Når alt kommer til alt, husk fra kapitlet om sorte huller og buet rumtid, at vi ikke kan se et sort hul direkte, fordi det pr. Definition ikke udstråler energi. Og vi kan ikke engang se ind i centrum af galaksen i synligt lys på grund af absorption af det interstellære støv, der ligger mellem os og det galaktiske centrum. Lys fra den centrale region i galaksen dæmpes af en faktor på en billion (10 12) af alt dette støv.

Heldigvis er vi ikke så blinde i andre bølgelængder. Infrarød og radiostråling, som har lange bølgelængder sammenlignet med størrelsen af ​​de interstellære støvkorn, strømmer uhindret forbi støvpartiklerne og når så vores teleskoper næsten ikke ned. Faktisk den meget lyse radiokilde i kernen i Galaxy, nu kendt som Skytten A* (udtalt "Skyttens A-stjerne" og forkortet Sgr A *) var den første kosmiske radiokilde, som astronomer opdagede.

En rejse mod centrum

Lad os tage en rejse til det mystiske hjerte i vores Galaxy og se, hvad der er der. Figur er et radiobillede af en region på ca. 1500 lysår på tværs, centreret om Skytten A, en lys radiokilde, der indeholder den mindre Skytten A *. Meget af radioemissionen kommer fra varm gas opvarmet enten af ​​klynger af varme stjerner (stjernerne selv producerer ikke radioemission og kan ikke ses på billedet) eller af supernova-eksplosionsbølger. De fleste af de hule cirkler, der er synlige på radiobilledet, er supernovarester. Den anden hovedkilde til radioemission er fra elektroner, der bevæger sig med høj hastighed i regioner med stærke magnetfelter. De lyse tynde buer og “tråde” på figuren viser os, hvor denne type emission produceres.

Radiobillede af Galactic Center Region.

Figur 1. Dette radiokort over centrum af galaksen (ved en bølgelængde på 90 centimeter) blev konstrueret ud fra data opnået med Very Large Array (VLA) af radioteleskoper i Socorro, New Mexico. Lysere regioner er mere intense i radiobølger. Det galaktiske centrum er inden for det område, der er mærket Skytten A. Skytten B1 og B2 er regioner med aktiv stjernedannelse. Der ses mange filamenter eller trådlignende funktioner såvel som et antal skaller (mærket SNR), som er supernovarester. Skalalinjen nederst til venstre er cirka 240 lysår lang. Bemærk, at radioastronomer også giver fantasifulde dyrenavne til nogle af strukturerne, ligesom tåger med synligt lys undertiden får navnene på dyr, de ligner. (kredit: modifikation af arbejde af N. E. Kassim, D. S. Briggs, T. J. W. Lazio, T. N. LaRosa og J. Imamura (NRL / RSD))

Lad os nu fokusere på det centrale område ved hjælp af en mere energisk form for elektromagnetisk stråling. Figur viser røntgenemission fra et mindre område 400 lysår bredt og 900 lysår centreret i Skytten A *. På dette billede ses hundreder af varme hvide dværge, neutronstjerner og stjernesorte huller med tiltrædelsesdiske, der lyser med røntgenstråler. Den diffuse tåge på billedet er emission fra gas, der ligger blandt stjernerne og har en temperatur på 10 millioner K.

Galactic Center i røntgenstråler.

Figur 2. Denne kunstige farvemosaik på 30 billeder taget med Chandra-røntgensatellitten viser et område på 400 × 900 lysår i udstrækning og centreret om Skytten A *, den lyse hvide kilde i midten af ​​billedet. Røntgenemitterende punktkilder er hvide dværge, neutronstjerner og stjernesorte huller. Den diffuse "tåge" er emission fra gas ved en temperatur på 10 millioner K. Denne varme gas strømmer væk fra centrum ud i resten af ​​galaksen. Farverne angiver røntgenenergibånd: rød (lav energi), grøn (medium energi) og blå (høj energi). (kredit: ændring af arbejde af NASA / CXC / UMass / D. Wang et al.)

Når vi nærmer os centrum af Galaxy, finder vi supermassivt sort hul Skytten A *. Der er også tusinder af stjerner inden for en parsec af Skytten A *. De fleste af disse er gamle, rødlige stjernesekvenser. Men der er også omkring hundrede varme OB-stjerner, der skal have dannet sig inden for de sidste par millioner år. Der er endnu ingen god forklaring på, hvordan stjerner for nylig kunne have dannet sig så tæt på et supermassivt sort hul. Måske dannede de sig i en tæt klynge af stjerner, der oprindeligt var i større afstand fra det sorte hul og efterfølgende vandrede tættere på.

Der er i øjeblikket ingen stjernedannelse i det galaktiske centrum, men der er masser af støv og molekylær gas, der drejer rundt om det sorte hul sammen med nogle ioniserede gasstrømmere, der opvarmes af de varme stjerner. Figur er et radiokort, der viser disse gasstrømmere.

Skytten A.

Figur 3. Dette billede taget med Very Large Array af radioteleskoper viser radioemissionen fra varm, ioniseret gas i midten af ​​Mælkevejen. Linjerne, der skråner over toppen af ​​billedet, er gasstrømmere. Skytten A * er lyspunktet nederst til højre. (kredit: modifikation af arbejde af Farhad Zadeh et al. (Northwestern), VLA, NRAO)

Finde hjertet af galaksen

Bare hvad der er Skytten A*, som ligger lige i centrum af vores Galaxy? At fastslå, at der virkelig er en sort hul der skal vi vise, at der er en meget stor mængde masse proppet sammen i et meget lille volumen. Som vi så i sorte huller og buet rumtid, beviste, at en sort hul eksisterer er en udfordring, fordi det sorte hul i sig selv ikke udsender nogen stråling. Hvad astronomer skal gøre, er at bevise, at et sort hul er den eneste mulige forklaring på vores observationer - at en lille region indeholder langt mere masse, end en meget tæt klynge af stjerner eller noget andet, der er lavet af almindeligt stof, kunne regnes med.

For at sætte nogle tal med denne diskussion, radius af begivenhedshorisonten af ​​a galaktisk sort hul med en masse på ca. 4 millioner MSol kun ville være omkring 17 gange Solens størrelse - svarende til en enkelt rød kæmpestjerne. Den tilsvarende tæthed inden for dette område af rummet ville være meget højere end for enhver stjerneklynge eller ethvert andet almindeligt astronomisk objekt. Derfor skal vi måle både diameteren af ​​Skytten A * og dens masse. Både radio- og infrarøde observationer er nødvendige for at give os det nødvendige bevis.

Lad os først se på, hvordan massen kan måles. Hvis vi nulstiller de indre få lysdage i Galaxy med et infrarødt teleskop udstyret med adaptiv optik, ser vi et område fyldt med individuelle stjerner (figur). Disse stjerner er nu blevet observeret i næsten to årtier, og astronomer har opdaget deres hurtige orbitalbevægelser omkring selve centrum af galaksen.

Nær-infrarød udsigt over det galaktiske center.

Figur 4. Dette billede viser det indre 1 buesekund eller 0,13 lysår i midten af ​​galaksen, som det observeres med det gigantiske Keck-teleskop. Spor af de kredsende stjerner målt fra 1995 til 2014 er blevet føjet til dette "øjebliksbillede". Stjernerne bevæger sig meget hurtigt rundt i midten, og deres spor er alle i overensstemmelse med en enkelt massiv "gravitator", der ligger midt i billedet. (kredit: modifikation af arbejde af Andrea Ghez, UCLA Galactic Center Group, W.M. Keck Observatory Laser Team)

Tjek en animeret version af figuren, der viser stjernernes bevægelse gennem årene.

Hvis vi kombinerer observationer af deres perioder og størrelsen af ​​deres kredsløb med Keplers tredje lov, kan vi estimere massen af ​​objektet, der holder dem i deres kredsløb. En af stjernerne er blevet observeret i sin fulde bane på 15,6 år. Dens nærmeste tilgang tager det til en afstand på kun 124 AU eller ca. 17 lystimer fra det sorte hul. Denne bane, når den kombineres med observationer af andre stjerner tæt på det galaktiske centrum, indikerer en masse på 4,6 millioner MSol skal koncentreres inde i kredsløbet - det vil sige inden for 17 lystimer fra centrum af galaksen.

Endnu strammere grænser for størrelsen af ​​massekoncentrationen i midten af ​​galaksen kommer fra radioastronomi, som gav den første anelse om, at et sort hul måske ligger i midten af ​​galaksen. Når materien spiraler indad mod et sort huls begivenhedshorisont, opvarmes det i en hvirvel tilvænningsdisk og producerer radiostråling. (Sådanne tiltrædelsesdiske blev forklaret i sorte huller og buet rumtid.) Målinger af størrelsen på tiltrædelsesdisken med Very Long Baseline Array, som giver en meget høj rumlig opløsning, viser at diameteren på radiokilden Skytten A * ikke er større 0,3 AU eller omtrent størrelsen på Kviksølvs bane. (I lysenheder er det kun 2,5 lys-minutter!)

Observationerne viser således, at 4,6 millioner solmasser er proppet sammen i et volumen, der har en diameter, der ikke er større end kredsløbets bane. Hvis dette var andet end et supermassivt sort hul - stjerner med lav masse, der udsender meget lidt lys eller neutronstjerner eller et meget stort antal små sorte huller - beregninger viser, at disse objekter ville være så tæt pakket, at de ville kollapse til en enkelt sort hul inden for hundrede tusind år. Det er meget kort tid sammenlignet med Galaxy-alderen, som sandsynligvis begyndte at dannes for mere end 13 milliarder år siden. Da det synes meget usandsynligt, at vi ville have fanget en så kompleks klynge af objekter lige før den kollapsede, er beviset for et supermassivt sort hul i midten af ​​Galaxy virkelig overbevisende.

Find kilden

Hvor kom vores galaktiske sorte hul fra? Oprindelsen til supermassive sorte huller i galakser som vores er i øjeblikket et aktivt forskningsfelt. En mulighed er, at en stor sky af gas nær midten af ​​Mælkevejen kollapsede direkte for at danne et sort hul. Da vi finder store sorte huller i midten af ​​de fleste andre store galakser (se Aktive galakser, kvasarer og supermassive sorte huller) - selv de der er meget unge - ville dette sammenbrud sandsynligvis have fundet sted, da Mælkevejen lige begyndte at tage form. Den indledende masse af dette sorte hul havde muligvis kun været nogle få snesevis af solmasser. En anden måde, det kunne have startet på, er at en massiv stjerne måske er eksploderet for at efterlade et sort sort hul, eller en tæt klynge af stjerner kan være kollapset i et sort hul.

Når der først findes et sort hul i midten af ​​en galakse, kan det vokse i løbet af de næste flere milliarder år ved at fortære nærliggende stjerner og gasskyer i de overfyldte centrale regioner. Det kan også vokse ved at smelte sammen med andre sorte huller.

Det ser ud til, at det sorte monsterhul i midten af ​​vores galakse ikke er færdig med at "spise". På nuværende tidspunkt observerer vi skyer af gas og støv, der falder ned i det galaktiske centrum med en hastighed på ca. 1 MSol pr. tusind år. Stjerner er også på det sorte huls menu. Tætheden af ​​stjerner i nærheden af ​​det galaktiske centrum er høj nok til, at vi forventer, at en stjerne passerer nær det sorte hul og sluges af det hvert ti tusind år eller deromkring. Efterhånden som dette sker, frigøres noget af infallens energi som stråling. Som et resultat kan centrum af galaksen blusse op og endda kort overstrege alle stjernerne i Mælkevejen. Andre objekter kan også vove sig for tæt på det sorte hul og blive trukket ind. Hvor stor en opblussen vi observerer, afhænger af massen af ​​objektet, der falder ind.

I 2013 opdagede Chandra røntgensatellitten en blænding fra midten af ​​vores galakse, der var 400 gange lysere end den sædvanlige output fra Skytten A *. Et år senere blev en anden opblussen, kun halvt så lys, også påvist. Dette er meget mindre energi end at sluge en hel stjerne ville producere. Der er to teorier, der skal redegøres for blusser. For det første kan en asteroide have vovet sig for tæt på det sorte hul og er blevet opvarmet til en meget høj temperatur, før den blev slugt. Alternativt kan blussene have involveret interaktioner mellem magnetfelterne nær det galaktiske centrum i en proces svarende til den, der er beskrevet for solstråler (se The Sun: A Garden-Variety Star). Astronomer fortsætter med at overvåge det galaktiske centerområde for blænding eller anden aktivitet. Selvom monsteret i midten af ​​galaksen ikke er tæt nok på os til at repræsentere nogen fare, vil vi stadig holde øje med det.

BEMÆRK: ANDREA GHEZ

En elsker af gåder, Andrea Ghez har forfulgt et af de største mysterier i astronomi: hvilken mærkelig enhed lurer inden for midten af ​​vores Mælkevejsgalakse?

Andrea Ghez.

Figur 5. Forskning foretaget af Ghez og hendes team har været med til at forme vores forståelse af supermassive sorte huller. (kredit: ændring af arbejde af John D. og Catherine T. MacArthur Foundation)

Som barn, der boede i Chicago i slutningen af ​​1960'erne, blev Andrea Ghez (figur) fascineret af landingerne i Apollo-månen. Men hun blev også tiltrukket af ballet og til at løse alle slags gåder. På gymnasiet havde hun mistet balletfejlen til fordel for at konkurrere i hockey, spille fløjte og grave dybere ned i akademikere. Hendes bachelor-år på MIT blev punkteret af en række ændringer i hendes hovedfag - fra matematik til kemi, maskinteknik, rumfartsteknik og endelig fysik - hvor hun følte, at hendes muligheder var mest åbne. Som fysikfag blev hun involveret i astronomisk forskning under vejledning af en af ​​hendes instruktører. Når hun engang skulle foretage en faktisk observation ved Kitt Peak National Observatory i Arizona og senere på Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile, havde Ghez fundet sit kald.

Forfølger sine kandidatstudier på Caltech, hun holdt fast i fysik, men orienterede sin indsats mod observationsastrofysik, et område hvor Caltech havde adgang til banebrydende faciliteter. Selvom det oprindeligt blev tiltrukket af at studere de sorte huller, der blev mistænkt for at bo i de mest massive galakser, endte Ghez med at bruge det meste af sin kandidatstudie og senere postdoktoral forskning ved University of Arizona på at studere stjerner i formation. Ved at tage meget høj opløsning (detaljeret) billeddannelse af regioner, hvor nye stjerner er født, opdagede hun, at de fleste stjerner dannes som medlemmer af binære systemer. Efterhånden som teknologierne avancerede, var hun i stand til at spore banerne, der blev danset af disse stjerneparringer, og dermed kunne fastslå deres respektive masser.

Ghez, der nu er professor i astronomi ved UCLA, har siden brugt lignende billedbehandlingsteknikker med høj opløsning til at studere kredsløb om stjerner i den inderste kerne af Mælkevejen. These orbits take years to delineate, so Ghez and her science team have logged more than 20 years of taking super-resolution infrared images with the giant Keck telescopes in Hawaii. Based on the resulting stellar orbits, the UCLA Galactic Center Group has settled (as we saw) on a gravitational solution that requires the presence of a supermassive black hole with a mass equivalent to 4.6 million Suns—all nestled within a space smaller than that occupied by our solar system. Ghez’s achievements have been recognized with one of the “genius” awards given by the MacArthur Foundation. More recently, her team discovered glowing clouds of warm ionized gas that co-orbit with the stars but may be more vulnerable to the disruptive effects of the central black hole. By monitoring these clouds, the team hopes to better understand the evolution of supermassive black holes and their immediate environs. They also hope to test Einstein’s theory of general relativity by carefully scrutinizing the orbits of stars that careen closest to the intensely gravitating black hole.

Besides her pioneering work as an astronomer, Ghez competes as a master swimmer, enjoys family life as a mother of two children, and actively encourages other women to pursue scientific careers.

​Key Concepts and Summary

A supermassive black hole is located at the center of the Galaxy. Measurements of the velocities of stars located within a few light-days of the center show that the mass inside their orbits around the center is about 4.6 million MSol. Radio observations show that this mass is concentrated in a volume with a diameter similar to that of Mercury’s orbit. The density of this matter concentration exceeds that of the densest known star clusters by a factor of nearly a million. The only known object with such a high density and total mass is a black hole.


Astronomibillede af dagen

Oplev kosmos! Hver dag vises et andet billede eller fotografi af vores fascinerende univers sammen med en kort forklaring skrevet af en professionel astronom.

2005 March 26
Composite Crab
Kredit: J. Hester (ASU) et al., CXC, HST, NASA

Forklaring: The Crab Pulsar, a city-sized, magnetized neutron star spinning 30 times a second, lies at the center of this composite image of the inner region of the well-known Crab Nebula. The spectacular picture combines optical data (red) from the Hubble Space Telescope and x-ray images (blue) from the Chandra Observatory, also used in the popular Crab Pulsar movies. Like a cosmic dynamo the pulsar powers the x-ray and optical emission from the nebula, accelerating charged particles and producing the eerie, glowing x-ray jets. Ring-like structures are x-ray emitting regions where the high energy particles slam into the nebular material. The innermost ring is about a light-year across. With more mass than the Sun and the density of an atomic nucleus, the spinning pulsar is the collapsed core of a massive star that exploded, while the nebula is the expanding remnant of the star's outer layers. The supernova explosion was witnessed in the year 1054.


'A New Rosetta Stone for Astronomy'

For the first time, astronomers have detected visible light and gravitational waves from the same source, ushering in a new era in our attempt to understand the cosmos.

In September of 2015, astronomers detected, for the first time, gravitational waves, cosmic ripples that distort the very fabric of space and time. They came from a violent merger of two black holes somewhere in the universe, more than a billion light-years away from Earth. Astronomers observed the phenomenon again in December, and then again in November 2016, and then again in August of this year. The discoveries confirmed a century-old prediction by Albert Einstein, earned a Nobel prize, and ushered in a new field of astronomy.

But while astronomers could observe the effects of the waves in the sensitive instruments built to detect them, they couldn’t see the source. Black holes, as their name suggests, don’t emit any light. To directly observe the origin of gravitational waves, astronomers needed a different kind of collision to send the ripples Earth’s way. This summer, they finally got it.

Scientists announced Monday they have observed gravitational waves for the fifth time—and they’ve seen the light from the cosmic crash that produced them. The waves came from the collision of two neutron stars in a galaxy called NGC 4993, located about 130 million light-years from Earth.

Neutron stars are strange, mysterious objects, the collapsed cores of stars that exploded in spectacular fashion—supernovae—and died. These stars measure about the size of a metropolitan city, but have about the same mass as our sun. Astronomers had long predicted that when two neutron stars collide, the resulting explosion would produce electromagnetic radiation, in the form of optical light. The afterglow would shine bright enough to be seen through powerful telescopes, the first visible proof of a source of gravitational waves, provided the latter could also be detected.

Here it is, captured by the European Southern Observatory’s Very Large Telescope in Chile, in the center of the image:

Astronomers made the observation August 17. Three gravitational-wave detectors, two at the Nobel prize–winning Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in the United States, and one at the Virgo Interferometer in Italy, detected the cosmic ripples as they washed over Earth. About two seconds later, two space telescopes—NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope and ESA’s International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory—observed a short burst of gamma rays, the most energetic wave in the electromagnetic spectrum, coming from the same part of the sky.

The almost simultaneous detections caught astronomers’ attention, and they threw everything they had at it. Dozens of ground-based telescopes around the world quickly turned their gaze toward the same slice of sky. ESO’s army of telescopes, sprinkled across the Chilean desert, scanned through the night. When the sun set in Hawaii, the Pan-STARRS and Subaru telescopes joined in. So did space observatories like Hubble. Within hours, astronomers pinpointed the location of the collision using an ESO telescope that sees in infrared wavelengths. They aimed the Swope Telescope, also in Chile, at the region and started snapping pictures. They found the afterglow in their ninth shot.

Astronomers observed the afterglow of the merger for days. They watched as the glowing orb faded and changed colors from blue to red, a tell-tale sign that the remnants of the crash were pushing radioactive material out and cooling down.

Here’s an animation from ESO that shows two neutron stars spiraling closer together until they crash:

Astronomers examined the gravitational waves to estimate the size of the colliding objects and found they had masses far smaller than black holes. “The biggest neutron star is a lot smaller than the smallest black hole,” said Richard O’Shaughnessy, a theoretical gravitational-wave astrophysicist at Rochester Institute of Technology who works in the LIGO group. The mass measurement, coupled with the near-simultaneous observations of the gravitational waves and a light source, told scientists they were dealing with neutron stars. The event was also much closer to Earth than previous mergers recorded by LIGO, which originated between 1 billion and 3 billion light-years away.

All told, about 70 observatories captured the event, named GW170817 for the day it made itself known to Earth. The collision’s aftermath was recorded at nearly every wavelength. O’Shaughnessy described the discovery as a Rosetta stone for astronomy the observation produced reams of data with richness seemingly unprecedented for a single astronomical event. The findings, which are spread across many papers in several journals, provide evidence for several theories in astronomy.

The discovery supports the theory that neutron-star collisions produce short gamma-ray bursts, brief streams of light that shine brighter than a million trillion times the sun. Gamma-ray bursts have been detected and imaged before, but without gravitational-wave detectors like LIGO and Virgo, astronomers couldn’t know whether they came from cosmic collisions.

The presence of the short gamma ray-burst suggests the merger led to a kilonova, a powerful explosion 1,000 times brighter than a supernova. Astronomers have long suspected kilonovae follow neutron-star collisions, spewing material out into space. In the case of GW170817, scientists estimate the kilonova ejected material at one-fifth the speed of light, faster than a typical supernova.

The findings support another prediction that neutron-star collisions produce chemical elements heavier than iron, like gold and platinum. Astronomers believe neutrons released during the merger combine with surrounding atoms in a phenomenon known as r-process nucleosynthesis. Telescope observations of GW170817’s spectra—the chemical composition of the star material—revealed it contained heavy elements, including 10 times the mass of the Earth in gold, according to O’Shaughnessy. These kinds of collisions, astronomers believe, may be responsible for populating the universe with heavy elements.

The discovery gave scientists a chance to measure the expansion of the universe, too. Since astronomers knew which galaxy the latest gravitational waves came from, they could calculate the distance between that galaxy and Earth and then plug it into equations for the rate of expansion, known as the Hubble constant. Good news: The answer matched up with previous estimates from other methods.

When scientists announced their fourth detection of gravitational waves in August, they promised that these kinds of announcements would become routine. LIGO and Virgo’s instruments, they predicted, will detect the rippling of space-time once or multiple times a week. It’s a certainty that we will experience the effects of mergers between black holes and neutron stars—and maybe between one of each—again. LIGO and Virgo scientists may even have a few confirmed detections they haven’t told us about yet. And the more, the better.

“This rain of events will continue at such a high rate that we’ll have a census of comic explosions,” O’Shaughnessy said. “And by data mining the census, we can learn something about how they form, about the origins of these mysterious events.”


What lies at the center of a neutron star if any? - Astronomi


  • The neutron star at the center of Cas A is found to have an ultra-thin carbon atmosphere.
  • This atmosphere is uniformly distributed across the neutron star, explaining why there are no pulsations detected from this object.
  • The neutron star in Cas A was first detected over ten years ago in Chandra's "First Light" image.

This Chandra X-ray Observatory image shows the central region of the supernova remnant Cassiopeia A (Cas A, for short) the remains of a massive star that exploded in our galaxy. Evidence for a thin carbon atmosphere on a neutron star at the center of Cas A has been found. Besides resolving a ten-year-old mystery about the nature of this object, this result provides a vivid demonstration of the extreme nature of neutron stars. An artist's impression of the carbon-cloaked neutron star is also shown.

The properties of this carbon atmosphere are remarkable. It is only about four inches thick, has a density similar to diamond and a pressure more than ten times that found at the center of the Earth. As with the Earth's atmosphere, the extent of an atmosphere on a neutron star is proportional to the atmospheric temperature and inversely proportional to the surface gravity. The temperature is estimated to be almost two million degrees, much hotter than the Earth's atmosphere. However, the surface gravity on Cas A is 100 billion times stronger than on Earth, resulting in an incredibly thin atmosphere.

Fast Facts for Cassiopeia A:
Credit X-ray: NASA/CXC/Southampton/W. Ho et al. Illustration: NASA/CXC/M.Weiss
Release Date November 4, 2009
vægt Image is 4.5 arcmin across
Category Supernovas & Supernova Remnants
Coordinates (J2000) RA 23h 23m 26.7s | Dec +58° 49' 03.00"
Constellation Cassiopeia
Observation Date 9 pointings in 2004: Feb 8, Apr 14, 18, 20, 22, 25, 28, May 01, 05
Observation Time 11 days, 14 hours
Obs. ID 4634-4639, 5196, 5319-5320
Instrument ACIS
Also Known As Cas A
Referencer W.Ho and C.Heinke, 2009, Nature (Nov 5 issue)
Color Code Energy: Red (0.5-1.5 keV) Green (1.5-3.0 keV) Blue (4.0-6.0 keV)

A couple of science fiction authors have speculated about the possibility of self-replicating structures life on neutron star surfaces, Robert Forward's novel "Dragon's Egg" is the most well-known example, and I think quite well-done.

Posted by Craig Heinke on Wednesday, 04.7.10 @ 10:12am

Dear Ed,
We give a reference to the Nature paper that was just published, and you
can also find the paper at:
http://lanl.arxiv.org/abs/0911.0672
-P. Edmonds, CXC

Posted by P. Edmonds on Tuesday, 11.10.09 @ 11:30am

Dear Marvin,
Thanks for your comment. The surface of a neutron star certainly wouldn't be the first place I would consider for the possibility of life, even very exotic life. The surface gravity and temperature, the magnetic fields and the atmosphere's density and pressure are all very high.
-P. Edmonds, CXC

Posted by P. Edmonds on Tuesday, 11.10.09 @ 11:28am

You are on the right track. In fact there is a neutron star at the core of the Sun and probably of every other star.

The Sun and the cosmos are powered by neutron repulsion. I urge those at the Chandra Observatory to join the Yahoo Group, that Kirt Griffin established, to discuss the concept of neutron repulsion.

Please contact him or me for details.

With kind regards
Oliver K. Manuel

Posted by Oliver K Manuel on Saturday, 11.7.09 @ 06:37am

Thank you for info on Cassiopeia absolutely fascinating and very informative.

Posted by Gordon Musson on Friday, 11.6.09 @ 04:45am

Why is everything we discover strange? Answer we don't know squat. Keep exploring, learning, there is much out there.

Posted by Wayne C. Parker on Thursday, 11.5.09 @ 21:43pm

That is most interesting. I wonder what the significance of the carbon atmosphere is?
This may be too far out of a question, but we talk of the possibility of life on other planets, could there be the chance of there being a life as we do not know it living in stars or on or in their atmospheres. There was a SF short story I read long ago that speculated about this type of life.
Just a thought
Marvin L. S.

Posted by Marvin L S on Thursday, 11.5.09 @ 21:22pm

Sounds interesting, but explaining how was it established that this peculiar atmosphere is composed of carbon and that there is underneath an iron shell. And why does it prevent the pulsation - do not the shells rotate with the neutron star? At least a reference to a source or article where more details are available should be given with your reports.


Se videoen: Austrálie stopem 3, Rudý střed Red Centre: Alice Springs Uluru, cestopis Kolem světa 107. díl (November 2022).