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    天文知识 天文知识 关注:89 内容:62

    中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

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    • 大圈主
      Lv.6原子
      VIP2
      爱因斯坦

      在已知宇宙中最强大事件之一的两颗中子星合并中,科学家们正在越来越好地对复杂的物理性质进行建模。中子星直径约为12英里(约20km),但密度极其高一茶匙的中子星物质,相当于1125座金门大桥或2735座帝国大厦的重量。2017年8月17日,科学家们观察到引力波的特征以及相关爆炸爆发,即所谓的基洛诺娃,这可以用两颗中子星的合并碰撞来最好地解释。2019年4月25日,又一次可能的中子星合并事件,是完全基于引力波的测量。

      中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      虽然这些事件可以帮助比较和验证研究人员开发的物理模型,以了解在这些中子星合并中起作用的是什么,但研究人员仍然必须从零开始,才能在这些模型中构建正确的物理模型。在《皇家天文学会月刊》上发表的一项研究中,由西北大学科学家领导的一个研究小组:模拟了合并后物质盘的形成。一次巨大的抛射物质爆炸,以及围绕剩余物体(要么是更大的中子星,要么是黑洞)启动高能射流的过程。

      中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      研究小组包括能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)、加州大学伯克利分校、艾伯塔大学和新汉普郡大学的科学家。为了使模型比之前的努力更逼真,研究小组建立了三个独立的模拟,测试围绕合并的强大磁场的不同几何形状。研究的合著者、阿尔伯塔大学研究员罗德里戈·费尔南德斯说:(下面这张动态图一定要仔细看,多看会时间,你就能看到最精彩的部分)

      中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      我们从一套物理原理出发,进行以前没有人在这个水平上做过的计算。然后问,是否相当接近观察结果,或者是否遗漏了什么重要的东西?进行的三维模拟,包括在伯克利实验室的国家能源研究科学计算中心(NERSC)的计算时间,涉及600多万个小时的CPU(计算机处理单元)时间。这些模拟考虑了广义相对论磁流体动力学(GRMHD)效应,其中包括与磁场和类流体物质相关的属性,以及以接近光速传播的物质和能量属性。

      中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      研究人员指出,这些模拟在模拟黑洞和中子星的合并过程中也可能被证明是有用的。为了模拟基洛诺娃爆发,这是一种创造元素的事件,这也是向太空播撒重元素的重要事件。研究小组对其总抛射质量、平均速度和成分进行了估计,有了这三个量,就可以估计光曲线是否会有合适的光度、颜色和演化时间。这些基洛诺娃爆发有两个普遍的组成部分:一个在几天的过程中演变,其特征是它在峰值时发出标志性的蓝频光;

      中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      另一个持续数周,有一个相关近红外光的色峰,最新模拟旨在模拟基洛诺娃的这些蓝色和红色成分。这些模拟也有助于解释合并后向外散发的强大能量喷流发射,包括由于强大交变磁场影响而产生的喷流的“条纹”特征。可以观察到这些喷流是伽马射线爆发,就像2017年的事件一样。加州大学伯克利分校(UC Berkeley)物理学和天文学副教授、伯克利实验室核科学部科学家丹尼尔·卡森(Daniel Kasen)说:

      中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      磁场提供了一种利用旋转黑洞的能量,并用它发射以接近光速移动气体射流的方法。这种射流可以产生伽马射线爆发,以及延长的射电和X射线发射,所有这些都出现在2017年的事件中。虽然模拟还没有准确地反映观测结果,模拟显示蓝色基洛诺娃的质量低于红色合并产生的超大质量中子星。以及与合并事件相关的丰富中微子,不受影响地穿过大多数类型物质的幽灵粒子,更好模型,才能改进模型。

      中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      这个模型确实受益于围绕黑洞旋转的物质盘(吸积盘)模型,以及中微子冷却特性模型,与合并事件相关的中子和质子体积,以及与基洛诺娃相关物质创造过程的模型。模拟窥探了最极端的环境,比如在新生黑洞外晃动的这个漩涡,并观察和了解重元素是如何形成的。模拟表明,2017年8月观察到的中子星合并,很可能没有在紧随其后形成黑洞,而且最强的磁场是甜甜圈状。此外,这些模拟与一些长期存在的流体行为模型基本一致。

        中子星凭什么这么重?一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量!

      博科园|研究/来自:劳伦斯伯克利国家实验室

      参考期刊《皇家天文学会月刊》

      DOI: 10.1093/mnras/stz2552

      博科园|科学、科技、科研、科普

      Lv.2顶夸克
      牛顿
      中子星密度在宇宙中也是数二的 [s-1]
    • APC科学联盟夸克星表示遗憾(理论上) [s-30]
      拉黑 2周前 手机端回复
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