고 에너지 광자가 가장 가까운 중성자 별에서 지구로 이동하는 데 512 년이 걸립니다. 그들 중 몇 명만이 여행을합니다. 그러나 그들은 천체 물리학에서 가장 어려운 질문 중 하나를 해결하는 데 필요한 정보를 가지고 있습니다.
광자들은 활발한 돌진으로 우주로 쏜다. 초소형 초소형 초소형 표면에서 X- 선 에너지의 뜨거운 광선이 터져 나옵니다. 빔은 운송 과정에서 수세기 동안 분산됩니다. 그러나 가끔씩, 지구와 태양 사이의 거리가 3 천 2 백만 배인 우주를 가로 질러 157 파섹 (512 광년) 동안 이동 한 단일 X 선 광선 도트는 국제 우주 정거장 (ISS) X에 대항하여 소비됩니다. -선 망원경, 별명 NICER. 그런 다음 지구상에서 텍스트 파일이 새로운 데이터 포인트, 즉 마이크로 초 정확도로 측정 된 광자 에너지 및 도달 시간을 입력합니다.
이 데이터 포인트는 수개월에 걸쳐 수집 된 수많은 다른 것들과 함께 2018 년 여름에 기본 질문에 대답 할 것입니다. 지구에서 가장 가까운 중성자 이웃 인 J0437-4715는 얼마나 넓은가요?
물리학 자 샤론 모 싱크 (Sharon Morsink)는 2018 년 4 월 미국 물리 학회 (APS) 회의에서 과학자들이 중성자 별의 폭을 알아낼 수 있다고 발표했다. 사나운 극단으로 밀려날 때 문제가 행동합니까?
지구상에서 인류의 기존 기술을 고려할 때 극한의 실험실에서도 밀도가 높은 물질을 얻을 수있는 방법에는 한계가 있으며 과학자들이 만든 가장 밀도가 높은 물질이 얼마나 오래 생존 할 수 있는지에 대한 더 엄격한 한계가 있습니다. 그것은 물리학 자들이 입자가 극한 밀도에서 어떻게 행동하는지 알아낼 수 없었 음을 의미합니다. 유용한 실험이 많지 않습니다.
앨버타 대학교 물리학 자이자 NASA 실무 그룹의 일원 인 Morsink는“사람들은 초 고밀도 물질이 어떻게 행동해야하는지 말하려고 시도하는 여러 가지 방법론이 있지만 모두 동의하지는 않는다”고 말했다. Live Science는 중성자 폭에 초점을 맞추 었다고 말했다. "그리고 그들 모두가 동의하지 않는 방식은 실제로 중성자 별의 크기를 예측할 수 있기 때문에 실제로 테스트 할 수 있습니다."
다시 말해, 초 고밀도 물질의 신비에 대한 해결책은 우주에서 가장 밀도가 높은 물체 중성자 별 안에 잠겨 있습니다. 과학자들은 중성자 별이 얼마나 넓고 (따라서 조밀한지) 정확히 측정하자마자 그 신비를 깨뜨릴 수 있습니다.
깊은 우주에서의 입자 물리
NASA 과학자 인 자벤 아르 주마 니안 (Zaven Arzoumanian)은 오하이오 주 콜럼버스에서 물리학 자들에게“중성자 별은 대부분의 사람들이 들어 본 적이없는 가장 터무니없는 물건이다.
Arzoumanian은 NASA의 Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) 프로젝트 책임자 중 하나이며 Morsink의 작업에 대한 기술 기반을 형성합니다. NICER은 ISS에 장착 된 대형 회전식 망원경입니다. 그것은 우주에서 낮은 지구 궤도에 도달하는 X- 선을 모니터링하고 정확하게 시간을 측정합니다.
중성자 별은 거대한 초신성 폭발 후에 남겨진 핵심이지만 중소 도시보다 훨씬 넓지 않은 것으로 여겨집니다. 중성자 별은 매우 빠른 속도의 빛에서 회전하여 원자 시계의 똑딱 거리기보다 더 정확한 타이밍으로 X- 선 에너지의 깜빡이는 광선을 우주로 발사 할 수 있습니다.
그리고 가장 중요한 것은 Morsink와 동료의 목적을 위해 중성자 별은 우주에서 블랙홀로 쓰러지지 않은 가장 밀도가 높은 물체입니다. 그러나 블랙홀과 달리 과학자들은 내부에서 무슨 일이 일어나는지 알아낼 수 있습니다. 천문학 자들은 중성자 별이 얼마나 넓은지를 정확히 알아야합니다. 그리고 NICER은 그 질문에 최종적으로 답해야하는 도구입니다.
쿼크 수프
과학자들은 중성자 별의 핵심에서 물질이 어떻게 행동하는지 정확히 알지 못하지만, 그것이 매우 이상하다는 것을 알만큼 충분히 이해합니다.
에든버러 대학 (University of Edinburgh)의 입자 물리학자인 다니엘 왓츠 (Daniel Watts)는 중성자 별의 내부가 본질적으로 큰 물음표라고 APS 회의에서 다른 청중들에게 말했다.
과학자들은 중성자 별의 질량에 대한 훌륭한 측정치를 가지고 있습니다. 예를 들어, J0437-4715의 질량은 Lower Manhattan의 크기에 관계없이 태양의 약 1.44 배입니다. Morsink는 J0437-4715는 원자의 핵보다 훨씬 밀도가 높으며, 과학자들은 지구상에서 가장 조밀 한 물체로, 원자의 대부분이 중심에 작은 점으로 모이는 지구상에서 가장 밀도가 높은 물체라고 말했다.
와트는 그 밀도 수준에서 물질이 어떻게 행동하는지 전혀 명확하지 않다고 설명했다. 원자를 구성하는 중성자와 양성자를 구성하는 작은 입자 인 쿼크는 그 자체로 자유롭게 존재할 수 없습니다. 그러나 물질이 극도의 밀도에 도달하면 쿼크는 지구상의 입자와 유사한 입자에 계속 결합하거나 더 크고 복잡한 입자를 형성하거나 더 일반화 된 입자 수프에 완전히 섞일 수 있습니다.
과학자들이 아는 바에 따르면 Watts는 극한 밀도에서 물질이 어떻게 행동하는지에 대한 세부 사항은 실제로 중성자 별의 넓이를 결정할 것이라고 말했다. 따라서 과학자들이 중성자 별을 정확하게 측정 할 수 있다면, 극한 상황에서 물질이 어떻게 행동 할 수 있는지에 대한 범위를 좁힐 수 있습니다.
왓츠 교수는이 질문에 답하면 중성자 별과 관련이없는 모든 종류의 입자 물리 신비에 대한 답을 얻을 수 있다고 말했다. 예를 들어, 개별 중성자가 매우 무거운 원자핵에 어떻게 배열되는지에 대한 답을 얻을 수 있다고 그는 말했다.
NICER 측정에는 시간이 걸립니다
Morsink에 따르면, 대부분의 중성자 별은 폭이 10 마일 (16km)에 불과하지만 폭이 약 12 ~ 17 마일 (20 ~ 28 킬로미터) 인 것으로 생각됩니다. 그것은 천문학 용어에서 매우 좁은 범위이지만 Morsink와 그녀의 동료들이 관심있는 질문에 대답하기에 충분히 정확하지는 않습니다.
더 정확한 답을 향해 나아 가기 위해 Morsink와 동료들은 중성자 별에서 빠르게 회전하는 "핫스팟"에서 나오는 X- 레이를 연구합니다.
중성자 별은 엄청나게 작은 구체이지만, 자기장으로 인해 표면에서 나오는 에너지가 상당히 고르지 않습니다. 밝은 헝겊 조각이 표면에 형성되고 별이 1 초에 여러 번 회전함에 따라 원 안에 휘저어집니다.
NICER은 ISS에 장착 된 대형 회전식 망원경으로, 패치에서 나오는 빛을 놀라 울 정도로 규칙적으로 표시 할 수 있습니다.
이를 통해 Morsink와 동료들은 중성자 별의 반지름을 알아내는 데 도움이되는 두 가지 사항을 연구 할 수 있습니다.
1. 회전 속도 : Morsink는 중성자 별이 회전하면 표면의 밝은 점이 등대가 회전하는 원의 광선처럼 지구를 향하여 멀어지고 지구를 향해 멀어지게한다고 말했다. Morsink와 동료들은 NICER 데이터를주의 깊게 연구하여 별이 각 순간을 얼마나 정확하게 몇 번이나 윙크하는지와 밝은 점이 우주를 얼마나 빠르게 이동 하는지를 결정할 수 있습니다. 그리고 밝은 점의 운동 속도는 별의 회전 속도와 반경의 함수입니다. 연구자들이 회전과 속도를 알아낼 수 있다면, 반경은 비교적 쉽게 결정될 수 있습니다.
2. 가벼운 구부리기 : 중성자 별은 너무 조밀하여 NICER가 별의 밝은 지점에서 우주로 발사 된 지점에서 지구를 향한 지점에서 광자를 감지 할 수 있습니다. 중성자 별의 중력은 빛을 너무 예리하게 구부려서 광자가 NICER의 센서를 향해 향하게됩니다. 빛의 곡률은 또한 별의 반경과 질량의 함수입니다. 따라서 알려진 질량 곡선의 빛을 가진 별이 얼마나 많은지 신중하게 연구함으로써 Morsink와 동료들은 별의 반지름을 알아낼 수 있습니다.
Morsink 박사는 연구원들이 결과를 발표하는 데 근접했다고 밝혔다. (APS 대화에서 몇 명의 물리학 자들은 특정 숫자를 발표하지 않은 것에 대해 약간의 실망을 표명했고 그것이오고 있다는 흥분을 표명했다.)
Morsink는 Live Science에 다가오는 발표를 애타게하지 않았다고 말했다. NICER은 아직 충분한 광자를 수집하지 않았기 때문에 팀이 좋은 답변을 제공 할 수 있습니다.
"이것은 너무 일찍 오븐에서 케이크를 꺼내는 것과 같습니다. 엉망으로 끝납니다."
그러나 NICER의 정기 연구 기간 동안 광자들이 하나씩 도착하고 있습니다. 그리고 답이 점점 가까워지고 있습니다. 현재이 팀은 J0437-4715와 지구에서 가장 가까운 중성자 스타의 데이터를보고 있습니다.
Morsink는 자신과 동료들이 먼저 발표 할 중성자 별의 반지름을 확신 할 수 없지만 두 가지 발표는 몇 개월 내에 나올 것이라고 덧붙였다.
"목표는 이번 여름 후반에 '여름'이 상당히 넓은 의미로 사용되고있는 것"이라고 그녀는 말했다. "하지만 9 월까지는 무언가를 가져야한다고 말하고 싶습니다."
