A neutroncsillagok kérge a legerősebb anyag a Világegyetemben, de nem sérthetetlen. Egy új kutatás ennek a kéregnek a repedéseivel foglalkozik.
A neutroncsillagok olyan nagy tömegű csillagok maradványai, amelyek élete magösszeomlásos szupernóva-robbanással ért véget. Ezek az égitestek rendkívül kompaktak, általában a Napnál nagyobb tömegűek, mégis olyan kis gömbbe tömörülnek, amelynek térfogata milliárdszor kisebb a Földénél.
Elképesztően gyorsan forognak, akár több száz fordulatot is megtehetnek másodpercenként. Kiderült azonban, hogy ez a hihetetlen sebesség még mindig csak a fele annak, amivel egy neutroncsillag elméletileg foroghat, mielőtt szétszakadna – ez az úgynevezett törési sebesség. Vajon mi akadályozza meg a neutroncsillagokat abban, hogy még gyorsabban forogjanak?
Bundás tészta
Jorge Morales és Charles Horowitz (Indiana University) megvizsgálta az egyik lehetőséget: ha egy neutroncsillag kérge nagyjából az égitest szétszakadási határsebességének felénél reped meg, akkor az nem tud gyorsabban forogni.
A neutroncsillagok belsejét egy szokatlan felépítésű anyag alkotja, amit angolul „nuclear pasta” (nukleáris tészta) néven illetnek. Ezt a sűrű anyagot atommagokból és elektronokból álló héj borítja. Mindkét réteg több milliárdszor keményebb az acélnál.
A kutatók modellezték, hogy adott forgási sebességek mellett a különböző tömegű neutroncsillagok kérgének mekkora feszültséget kell kiállnia. Kimutatták, hogy egy neutroncsillag forgásakor az egyenlítője mentén az anyag kidomborodik, míg a pólusoknál befelé húzódik. Amikor e deformáció miatt a feszültsége meghaladja a kéreg szilárdságát, az felhasad az egyenlítő mentén. Ez a kéreg aljánál következik be, ahol összeér a neutroncsillag belső anyagával. A kéreg törési szilárdságára vonatkozó becslések szerint ez az égitest szétszakadási sebességének 58%-ánál következik be: ez nagyjából megfelel annak a maximális forgási sebességnek, amit a csillagászok megfigyeltek.
Folyamatos gravitációs hullámok
Miért gátolja a neutroncsillag kérgének repedése a gyorsabb forgást? Ez a kérdés főként azon neutroncsillagok esetében érdekes, amelyek idővel várhatóan egyre nagyobb sebességre tesznek szert azáltal, hogy anyagot vonnak el a kísérőiktől: úgy tűnik, hogy még ők is betartják ezt a sebességkorlátot.
Miután a kéreg felreped, a darabjai elmozdulhatnak. A neutroncsillag, amely addig a forgástengelyére szimmetrikus volt, ettől aszimmetrikussá válhat. Egy ilyen égitest folyamatos gravitációs hullámokat kelt. A kutatók szerint bármilyen hozzáadott forgási energia – például az, amit az anyagbefogásnak köszönhet – innentől kezdve gravitációs hullámok formájában távozik, ez pedig megakadályozza a neutroncsillag gyorsabb forgását.
A kutatók hangsúlyozzák, hogy ezt a forgatókönyvet még sok nézőpontból meg kell vizsgálni: ilyen például a kéreg mágneses terének működése, a relativisztikus hatások jelentősége, valamint a neutroncsillagokból származó gravitációs hullámok észlelési lehetőségei. Ezek az égitestek remek alanyok lehetnek a LIGO és Virgo obszervatóriumok, valamint a következő generációs gravitációshullám-detektorok számára.
Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/cracking-crusts-might-set-neutron-star-speed-limit/
Az eredményeket ismertető szakcikk: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad9ea7
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet