一茶匙,就相当于2735座帝国大厦的重量,中子星凭什么这么重?

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资讯发布 发表于 2020-5-5 22:15:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

在已知宇宙中最强大变乱之一的两颗中子星归并中,科学家们正在越来越好地对复杂的物理性质举行建模。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性以及相关爆炸爆发,即所谓的基洛诺娃,这可以用两颗中子星的归并碰撞来最好地表明。2019年4月25日,又一次大概的中子星归并变乱,是完全基于引力波的丈量。

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虽然这些变乱可以帮助比力和验证研究职员开辟的物理模子,以了解在这些中子星归并中起作用的是什么,但研究职员仍旧必须从零开始,才气在这些模子中构建精确的物理模子。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:模拟了归并后物质盘的形成。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。

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研究小组包罗能源部劳伦斯·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。为了使模子比之前的积极更传神,研究小组建立了三个独立的模拟,测试围绕归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)

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我们从一套物理原理出发,举行从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,大概是否遗漏了什么紧张的东西?举行的三维模拟,包罗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(计算机处置处罚单位)时间。这些模拟思量了广义相对论磁流体动力学(GRMHD)效应,此中包罗与磁场和类流体物质相关的属性,以及以接近光速流传的物质和能量属性。

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研究职员指出,这些模拟在模拟黑洞和中子星的归并过程中也大概被证明是有用的。为了模拟基洛诺娃爆发,这是一种创造元素的变乱,这也是向太空播撒重元素的紧张变乱。研究小组对其总抛射质量、平均速度和因素举行了估计,有了这三个量,就可以估计光曲线是否会有符合的光度、颜色和演化时间。这些基洛诺娃爆发有两个广泛的组成部分:一个在几天的过程中演变,其特性是它在峰值时发出标志性的蓝频光;

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另一个一连数周,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赤色因素。这些模拟也有助于表明归并后向外散发的强大能量喷流发射,包罗由于强大交变磁场影响而产生的喷流的“条纹”特性。可以观察到这些喷流是伽马射线爆发,就像2017年的变乱一样。加州大学伯克利分校(UC Berkeley)物理学和天文学副传授、伯克利实验室核科学部科学家丹尼尔·卡森(Daniel Kasen)说:

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磁场提供了一种使用旋转黑洞的能量,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,全部这些都出现在2017年的变乱中。虽然模拟还没有精确地反映观测结果,模拟显示蓝色基洛诺娃的质量低于赤色归并产生的超大质量中子星。以及与归并变乱相关的丰富中微子,不受影响地穿过大多数类型物质的幽灵粒子,更好模子,才气改进模子。

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这个模子确实受益于围绕黑洞旋转的物质盘(吸积盘)模子,以及中微子冷却特性模子,与归并变乱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子。模拟窥伺了最极端的环境,好比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月观察到的中子星归并,很大概没有在紧随厥后形成黑洞,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子基本一致。

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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

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来源:https://www.toutiao.com/a6801662888076378637/
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