Astronomen messen ein Magnetfeld von 1 Milliarde Tesla auf der Oberfläche eines Neutronensterns
Wir haben vor kurzem das stärkste Magnetfeld beobachtet, das jemals im Universum aufgezeichnet wurde. Das rekordbrechende Feld wurde an der Oberfläche eines Neutronensterns namens . entdeckt GRO J1008-57 mit einer magnetischen Feldstärke von etwa 1 MILLIARDE Tesla. Zum Vergleich: Das Magnetfeld der Erde liegt bei etwa 1/20.000 Tesla – zig Billionen Mal schwächer als bei diesem Neutronenstern … und das ist gut für Ihre allgemeine Gesundheit und Ihr Wohlbefinden.
Neutronensterne sind die „toten Kerne“ einst massereicher Sterne, die ihr Leben als Supernova beendet haben. Diese Sterne haben ihren Wasserstoff-Brennstoffvorrat in ihrem Kern aufgebraucht und ein Machtgleichgewicht zwischen der inneren Energie des Sterns, die nach außen drängt, und der eigenen massiven Schwerkraft des Sterns, die nach innen drückt, ist katastrophal unausgewogen – die Schwerkraft gewinnt. Der Stern bricht in sich zusammen. Die äußeren Schichten fallen auf den Kern und zerquetschen ihn in das dichteste Objekt, das wir im Universum kennen – einen Neutronenstern. Sogar Atome werden zerquetscht. Negativ geladene Elektronen werden in die Atomkerne gezwungen, die auf ihre positiven Protonen-Gegenstücke treffen, wodurch mehr Neutronen erzeugt werden. Wenn der Kern nicht mehr zerquetscht werden kann, prallt das äußere Restmaterial des Sterns in einer gewaltigen Explosion in den Weltraum zurück – eine Supernova. Der resultierende Neutronenstern, der aus dem zerquetschten Sternkern besteht, ist so dicht, dass eine einzelne zuckerwürfelgroße Probe Milliarden von Tonnen wiegen würde – so viel wie ein Berg (obwohl Sie, wenn Sie „würdig“ sind, KÖNNTEN in der Lage sind, ihn zu heben schon seit Thors Hammer ist aus dem Zeug). Neutronensterne haben typischerweise einen Durchmesser von etwa 20 km und können an der Oberfläche immer noch eine Million Kelvin betragen.
Aber wenn sie „tot“ sind, wie können Neutronensterne einige der magnetischsten und stärksten Objekte im Universum sein?
Zusammengesetztes Bild des Mahlstroms im Herzen des Krebsnebels, angetrieben von einem Neutronenstern – Chandra X-Ray Observatory
GRO J1008-57 ist ein sich drehender Neutronenstern oder „Pulsar“. Pulsare wurden erstmals 1967 von Jocelyn Bell durch Beobachtungen eines regelmäßigen Radio-„Pulses“ von 1,33 Sekunden entdeckt. Es wurde festgestellt, dass die Pulse nicht menschlichen Ursprungs waren, daher wurde das Objekt – wenn auch scherzhaft – als LGM1 (Little Green Men 1) bezeichnet. Ein sich drehender Neutronenstern projiziert einen Energiestrahl entlang seiner magnetischen Pole, der bei Rotation des Sterns über den Weltraum streicht – wie die Strahlen eines sich drehenden Leuchtturms. Abhängig von der Ausrichtung des Sterns können diese Strahlen entlang des Sichtfelds der Erde streichen, was bei jeder Drehung des Sterns zu einem „Energieimpuls“ führt. Aber warum haben Neutronensterne unglaublich starke Magnetfelder? Scheint kontraintuitiv zu sein, da sie aus neutral geladenen Teilchen bestehen (wo Neutron seinen Namen hat). Nun, wenn man einen Neutronenstern wegschneiden würde, besteht er aus mehreren Schichten. Eine Wolke verbleibender Elektronen nahe der Oberfläche, weiter unten Spuren geladener „Verunreinigungen“ verschiedener Atomkerne, die nach der Bildung des Neutronensterns verbleiben, eine Neutronenkruste und ein Kern aus einer theoretisierten, reibungsfreien Neutronenflüssigkeit, die weiter mit Verunreinigungen vermischt ist. Die Kombination der Schichten macht den Stern unglaublich leitfähig. Wenn Sie ein sehr leitfähiges Objekt drehen, erzeugen Sie einen wirbelnden Strom geladener Teilchen, der ein starkes Magnetfeld erzeugt. Das eigene Magnetfeld unseres Planeten wird selbst durch die Rotation des Nickel-Eisen-Kerns der Erde erzeugt. Neutronensternrotationen sind jedocherstaunlichschnell. Wie ein Eiskunstläufer, der seine Arme zurückzieht, um sich schneller zu drehen, wird der „Winkelimpuls“ des ursprünglichen Riesensterns mit einem Radius von Millionen Kilometern erhalten und auf ein sich immer schneller drehendes kompaktes Objekt mit einer Breite von nur 10 km übertragen (stellen Sie sich einen sich drehenden Eiskunstläufer vor mit Millionen von Kilometer langen Armen, die sie bis in die Körpermitte ziehen). Der erste entdeckte Neutronenstern hatte eine Rotationsperiode von 1,33 s. GRO J1008-57 ist 93,3 s lang. Einige rotieren in nur Millisekunden. Diese „toten“ Sterne haben also die Größe einer Stadt, sind dichter als jedes Material im Universum, haben eine Million Grad und drehen sich mit einem guten Bruchteil derLichtgeschwindigkeit.(Übrigens, zum Thema „tot“ spielt eines der Mitglieder von Grateful Dead, Mickey Hart, Songs aus Pulsar Beats kreiert .)
5 Monate Zeitraffer der Stoßwellen, die vom Krebsnebel-Pulsar ausgehen, während er sich im Krebsnebel dreht. Der Nebel selbst ist der Überrest einer Supernova-Explosion – Chandra-Observatorium
Die Rotation eines Pulsars wird von der Erde aus gesehen, ähnlich wie wir nachts das Licht eines Leuchtturms sehen
Aber wie können wir die Stärke der magnetischen Energie eines Pulsars messen? Eine spezielle Technik kann mit einer bestimmten Klasse von Pulsaren verwendet werden, die GRO J1008-57 genannt wirdAkkretionsbetriebene Röntgenpulsare.
GRO J1008-57, etwa 20.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, steht tatsächlich in einer binären Gravitationsbeziehung mit einem lebenden Begleitstern der Klasse B. Bs sind kräftige Sterne, die etwa ein Dutzend Mal die Masse unserer Sonne haben und tausendmal heller sind. Die Superdichte von GRO J1008-57 erzeugt eine starke Anziehungskraft, die 100 Milliarden Mal stärker ist als die der Erde, die stellares Material von seinem Begleiter reißt. Dieses Material fällt in Richtung des Neutronensterns. Es verfängt sich im Magnetfeld des Neutronensterns, das entlang der „Linien“ dieses Felds zu den magnetischen Nord- und Südpolen fließt, wo es sich ansammelt oderakkretiertan der Oberfläche.
Plasma in der Sonne folgt seinen eigenen magnetischen Feldlinien – Solar Dynamics Observatory
Das stellare Material knallt auf die Oberfläche bei halbe Lichtgeschwindigkeit enorme Röntgenenergie freisetzen. Diese Röntgenstrahlen passieren, bevor sie vom Neutronenstern weggestrahlt werden, das Magnetfeld an der Oberfläche des Neutronensterns. Das Magnetfeld streut einen Teil der Röntgenstrahlen und hinterlässt eine Lücke oder „Absorptionslinie“ im Spektrum der Röntgenstrahlen. Es ist wie ein Fingerabdruck, den das Magnetfeld auf der Röntgenenergie hinterlässt, den wir mit unseren Teleskopen sehen können. Wo diese Absorptionslinie entlang des Röntgenspektrums erscheint bezieht sich direkt auf auf die Stärke des Magnetfelds an der Oberfläche des Neutronensterns, wo das Sternmaterial fällt. Das Linienphänomen ist als a . bekanntZyklotron-Resonanzstreufunktion.
Künstlerische Darstellung eines akkretierenden binären Röntgenpulsars, der Material von seinem stellaren Begleiter abreißt – NASA
Im Jahr 2017 war der hellste jemals beobachtete Röntgenausbruch von GRO J1008-57 aufgezeichnet vom chinesischen Insight-HXMT-Satelliten . Ein Team von Wissenschaftlern des Instituts für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Eberhard Karls Universität Tübingen analysierte die Zyklotron-Abtreibungslinien im empfangenen Röntgenspektrum. Das Team hat kürzlich angekündigt Sie hatten Linien im Spektrum entdeckt, die einem Magnetfeld von 1 Milliarde Tesla entsprechen – dem stärksten, das jemals im Universum aufgezeichnet wurde. Kraftvoll genug, um Atome buchstäblich auseinander zu ziehen. Wenn es dich also nicht mit seiner immensen Hitze verdampft oder die Schwerkraft auslöscht, würde sich deine Atomstruktur im Grunde in den magnetischen Kräften auflösen.
Jocelyn Bell entdeckte 1967 den ersten Pulsar. Nerdy bevor es cool war
- Roger W. Haworth - Flickr CC 2.0
Bei der Trottier-Observatorium der Simon Fraser University , wo ich Astrofotografie gemacht habe, haben wir vor kurzem ein Spektrometer installiert. Ähnlich wie bei Insight-HXMT haben wir Spektren von Objekten im Weltraum beobachtet – allerdings im sichtbaren Licht und nicht in Röntgenstrahlen. Ich war zugegebenermaßen unterfordert. Ich war es gewohnt zu sehen, wie Daten durch das Oszilloskop als diese schönen Bilder von Sternen und Galaxien kommen, und nicht als Absorptionslinien in einem Spektrum. Während ich die Daten interpretierte, zeigte Dr. Howard Trottier, Gründer des Observatoriums, auf einige Linien in einem Spektrum und sagte: „Das ist eine Akkretionsscheibe, die einen Stern umkreist“ und mein Verstand explodierte. Plötzlich war eine Linie eine brodelnde Plasmamasse um einen entfernten Stern. Und das ist Wissenschaft!! Eine winzige Linie zeigt einen entfernten Teil des Universums, den wir möglicherweise nicht „sehen“ können, aber durch jahrzehntelange Forschung und unsere Vorstellungskraft ableiten können Röntgenstrahlen und sich drehende Sternrelikte. WISSENSCHAFT!!
Optisches Lichtspektrum des Sterns „HD224355“ Die schwachen Lücken oder Linien im Spektrum stellen Elemente im Stern dar, die einen Teil des Lichts des Sterns absorbiert haben, was uns über die Zusammensetzung des Sterns sagt – Trottier-Observatorium
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Die Theorie der Zyklotronlinien bei der Akkretion von Röntgenpulsaren – Harvard
Zyklotronlinien in hochmagnetisierten Neutronensternen – Cornell University
