การชนกันทำให้เกิดความลึกลับของดาวนิวตรอน

ข้อขัดข้องที่ตรวจพบล่าสุดให้คำแนะนำเกี่ยวกับขนาด อวัยวะภายในของแกนที่เป็นตัวเอกเหล่านี้ในแผนภูมิดาวของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ มีสารที่ยังคงติดป้ายกำกับว่า “ที่นี่เป็นมังกร” สสารที่เข้าใจได้ไม่ดีนั้นถูกพบในดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นเศษซากของดาวฤกษ์ที่ครั้งหนึ่งเคยยิ่งใหญ่ที่ยุบตัวแล้ว และขณะนี้กำลังถูกจัดทำแผนที่ออกมา เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายลักษณะพิเศษของสสารประหลาดได้ดียิ่งขึ้น

การตรวจพบดาวนิวตรอนสองดวงที่ชนกันประกาศในเดือนตุลาคม ( SN: 11/11/17, p. 6 ) 

ได้เร่งความเร็วในการค้นพบ นับตั้งแต่เหตุการณ์ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้สอดแนมด้วยคลื่นความโน้มถ่วงและความยาวคลื่นต่างๆ ของแสง การศึกษาหลายชิ้นได้วางข้อจำกัดใหม่เกี่ยวกับขนาดและมวลที่เป็นไปได้สำหรับแกลบของดาวฤกษ์ดังกล่าวและความนุ่มหรือแข็งของพวกมัน  

นักฟิสิกส์ Andreas Bauswein จากสถาบัน Heidelberg Institute for Theoretical Studies ในเยอรมนีกล่าวว่าคุณสมบัติของสสารดาวนิวตรอนไม่เป็นที่รู้จักกันดี ส่วนหนึ่งของปัญหาคือสสารภายในดาวนิวตรอนมีความหนาแน่นมากจนหนึ่งช้อนชาจะมีน้ำหนักหนึ่งพันล้านตัน ดังนั้นจึงไม่สามารถทำซ้ำสสารในห้องปฏิบัติการใดๆ บนโลกได้

ในการปะทะกัน ดาวนิวตรอนสองดวงรวมกันเป็นยักษ์ใหญ่เพียงดวงเดียว เศษนี้อาจยุบตัวเป็นหลุมดำทันที หรือมันอาจก่อตัวเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวที่ใหญ่กว่าซึ่งถูกหมุนด้วยการหมุนอย่างรวดเร็วของมันเอง ซึ่งดำรงอยู่เป็นเวลาสองสามมิลลิวินาที หรืออาจนานกว่านั้นมาก ก่อนที่จะยุบตัวลง ความเร็วของการตายของวัตถุช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าดาวนิวตรอนทำจากวัสดุที่ค่อนข้างอ่อน บีบอัดเมื่อถูกบีบเหมือนหมอน หรือสิ่งที่ดาวนิวตรอนแข็งขึ้นหรือไม่ คุณสมบัตินี้เรียกว่าสมการสถานะ เป็นตัวกำหนดรัศมีของดาวนิวตรอนที่มีมวลเฉพาะ

นักวิจัยสองทีมกล่าวว่าไม่น่าจะเกิดการล่มสลายในทันที กล้องโทรทรรศน์มองเห็นแสงจ้าหลังจากการชนกัน เดวิด ราดิซ นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าวเมื่อเกิดความล่าช้าก่อนที่ดาวนิวตรอนที่รวมเข้าด้วยกันจะยุบตัวลงในหลุมดำ เพราะเมื่อสิ่งที่เหลืออยู่ยุบลง “วัสดุทั้งหมดที่อยู่รอบๆ จะตกลงไปในหลุมดำทันที” นักวิทยาศาสตร์เสนอว่าดาวนิวตรอนติดอยู่รอบ ๆ อย่างน้อยหลายมิลลิวินาที

การจำลองระบุว่าถ้าดาวนิวตรอนอ่อน จะยุบตัวเร็วกว่าเพราะจะมีขนาดเล็กกว่าดาวนิวตรอนแข็งที่มีมวลเท่ากัน นักวิจัยรายงานในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายนที่ arXiv.org  ดังนั้น ความล่าช้าที่อนุมานได้ทำให้ Radice และเพื่อนร่วมงานแยกแยะทฤษฎีที่ทำนายดาวนิวตรอนนั้นนิ่มนวลอย่างยิ่ง

โดยใช้ตรรกะที่คล้ายกัน Bauswein และเพื่อนร่วมงานได้แยกแยะขนาดที่เล็กที่สุดบางส่วนที่ดาวนิวตรอนอาจมีมวลเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ดาวนิวตรอนที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 60% ไม่สามารถมีรัศมีที่เล็กกว่า 10.7 กิโลเมตรได้ ผลลัพธ์เหล่านี้ปรากฏในบทความที่ตีพิมพ์ในวันที่ 29 พฤศจิกายนในAstrophysical Journal Letters

นักวิจัยคนอื่นๆ กำหนดขีดจำกัดมวลสูงสุดที่ดาวนิวตรอนจะมีได้ 

ดาวนิวตรอนไม่สามารถรองรับน้ำหนักของตัวเองและยุบตัวเป็นหลุมดำได้อีกต่อไป หากมวลสูงสุดที่เป็นไปได้นี้มีขนาดใหญ่เป็นพิเศษ ทฤษฎีคาดการณ์ว่าดาวนิวตรอนขนาดยักษ์ที่ก่อตัวขึ้นใหม่จะใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวันก่อนที่จะยุบตัว แต่ในการศึกษาครั้งที่สาม นักฟิสิกส์สองคนระบุว่าการยุบตัวเกิดขึ้นเร็วกว่านั้นมาก โดยวัดเป็นมิลลิวินาทีแทนที่จะเป็นชั่วโมง นักฟิสิกส์ Ben Margalit และ Brian Metzger จาก Columbia University รายงาน ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 21 พฤศจิกายนในAstrophysical Journal Lettersทั้งคู่สรุปว่ามวลสูงสุดที่เป็นไปได้นั้นน้อยกว่าประมาณ 2.2 เท่าของดวงอาทิตย์

Metzger กล่าวว่า “เราไม่มีข้อจำกัดมากมายในเรื่องนี้ก่อนการค้นพบครั้งนี้ ผลลัพธ์ยังตัดสมการสถานะที่แข็งกว่าบางส่วนออก เนื่องจากสสารที่แข็งกว่ามีแนวโน้มที่จะรองรับมวลที่มากขึ้นโดยไม่ยุบตัว

บางทฤษฎีคาดการณ์ว่ารูปแบบสสารที่แปลกประหลาดถูกสร้างขึ้นในส่วนลึกของดาวนิวตรอน ดาวนิวตรอนอาจมีควาร์กที่ลอยได้อิสระในทะเล ซึ่งเป็นอนุภาคที่ปกติแล้วจะอยู่ภายในอนุภาคขนาดใหญ่กว่า เช่น โปรตอนหรือนิวตรอน นักฟิสิกส์คนอื่นแนะนำว่าดาวนิวตรอนอาจมีไฮเปอร์รอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่สร้างด้วยควาร์กที่หนักกว่าที่เรียกว่าควาร์กแปลก ๆ ซึ่งไม่พบในสสารปกติ สสารที่ไม่ปกติดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะทำให้ดาวนิวตรอนอ่อนลง ดังนั้นการตรึงสมการของสถานะด้วยการชนของดาวนิวตรอนเพิ่มเติมในท้ายที่สุดก็สามารถแก้ไขได้ว่าสัตว์แปลก ๆ ทางฟิสิกส์เหล่านี้แฝงตัวอยู่ในอาณาเขตที่ยังไม่ได้สำรวจนี้จริงหรือไม่

ระบายออกไปบทเรียนจากการล้างห้องน้ำในอวกาศอาจช่วยให้นักวิจัยวางแผนภารกิจล่าชีวิตไปยังดวงจันทร์ที่เย็นยะเยือกได้ เช่น Enceladus ของดาวเสาร์Lisa Grossmanรายงานใน “ นี่คือสิ่งที่ห้องน้ำในอวกาศสามารถสอนเราเกี่ยวกับการหาสัญญาณของชีวิตมนุษย์ต่างดาว ” ( SN: 11/25/17) , น. 4 ) ).

นักอ่านออนไลน์Abhishekสงสัยว่าของเสียที่ไหลเข้าสู่อวกาศจะถูกส่งไปยังเทห์ฟากฟ้าอื่น ๆ เช่นดวงจันทร์หรือดาวอังคารหรือไม่ หากภารกิจในอนาคต “พบสิ่งตกค้างซึ่งเกิดขึ้นในช่วงศตวรรษที่ 20 หรือ 21 สงสัยว่าโลกจะมีปฏิกิริยาอย่างไร” Abhishekเขียน