Οι αστροφυσικοί που αναζητούν τα βαρυτικά κύματα θα πρέπει να στοχεύσουν πάνω στα όρη των άστρων νετρονίων, σύμφωνα με μια νέα υπολογιστική μελέτη στις ΗΠΑ. Η μελέτη δείχνει επίσης ότι ο φλοιός ενός αστέρα νετρονίων είναι 10 δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερος από τον χάλυβα – και γι αυτό οι ερευνητές τονίζουν ότι αν κατανοήσουμε γιατί συμβαίνει αυτό, θα μας οδηγούσε στην ανάπτυξη ισχυρότερων υλικών εδώ στη Γη
Ο ανιχνευτής LIGO θα μπορεί να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα από τα άστρα νετρονίων.
Η Γενική Σχετικότητα προβλέπει ότι οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην δομή του χωροχρόνου γνωστές ως βαρυτικά κύματα δημιουργούνται όταν επιταχύνεται ένα τεράστιο αντικείμενο. Οι ερευνητές παρατηρούν το διάστημα για να ανιχνεύσουν τα κύματα της βαρύτητας, διότι μόνο τα σώματα με πολύ μεγάλη μάζα στο σύμπαν μπορούν να δημιουργήσουν κύματα με μετρήσιμα πλάτη. Ωστόσο, αυτές οι διακυμάνσεις εξακολουθούν να είναι τόσο αδύναμες που δεν έχουν διαπιστωθεί ποτέ μέχρι σήμερα.
Ένα τέτοιο αντικείμενο είναι ένα αστέρι νετρονίων, που είναι ο εξαιρετικά πυκνός πυρήνας ενός αστέρα που κατέρρευσε και στον οποίο τα περισσότερα από τα πρωτόνια με τα ηλεκτρόνια στο εσωτερικό των ατόμων της κανονικής ύλης έχουν εξαναγκαστεί να ενωθούν μαζί για να σχηματίσουν νετρόνια.
Αν υπάρχουν μικρές ανωμαλίες – ή «όρη» – στην επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου άστρου νετρονίων τότε θα αναγκάσει το αστέρι αυτό να ακτινοβολήσει στο διάστημα κύματα βαρύτητας, επειδή η καμπυλότητα του χωροχρόνου από ένα τέτοιο όρος αλλάζει ελαφρώς, ανάλογα με το αν το βουνό κινείται προς ή μακριά από τον παρατηρητή.
Βαρυτικά κύματα
Είναι οι ανιχνευτές αρκετά ευαίσθητοι;
Οι φυσικοί αναζητούν αυτή τη στιγμή βαρυτικά κύματα χρησιμοποιώντας μια σειρά από τεράστια συμβολόμετρα που βρίσκονται σε όλο τον κόσμο. Ωστόσο, οι ερευνητές δεν ήταν και τόσο σίγουροι για το κατά πόσο τα τρέχοντα συμβολόμετρα είναι αρκετά ευαίσθητα για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων από τα αστέρια νετρονίων, λόγω της αβεβαιότητας ως προς το μέγεθος των όρων – ανωμαλιών.
Τώρα όμως ο Charles Horowitz του Πανεπιστημίου Indiana μαζί με τον Kai Kadau του Εθνικού Εργαστηρίου Los Alamos στο Νέο Μεξικό έχουν δείξει ότι τα όρη στα αστέρια νετρονίων πρέπει να παράγουν ισχυρά κύματα βαρύτητας που μπορούμε να τα δούμε με τα υπάρχοντα πειράματα.
“Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι οι εν εξελίξει έρευνες για τα κύματα βαρύτητας μπορούν να έχουν περισσότερες πιθανότητες επιτυχίας από ό,τι νομίζαμε μέχρι σήμερα”, λέει ο Horowitz. “Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων θα επιβεβαιώσει μια θεμελιώδη πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν και θα πρέπει να θεωρείται σχεδόν βέβαιο ότι αξίζει ένα Νόμπελ. Η ανίχνευση μάλιστα των βαρυτικών κυμάτων από τα αστέρια νετρονίων θα μπορούσε, επίσης, να μας πει περισσότερα για τη συμπεριφορά της ύλης σε ακραίες πυκνότητες. ”
Οι Horowitz και Kadau έχουν υπολογίσει με ακρίβεια τι ύψος μπορεί να έχουν τέτοια όρη πριν καταρρεύσουν κάτω από την εξαιρετικά ακραία βαρύτητα των αστέρων νετρονίων. Γι αυτό χρησιμοποίησαν ένα πρόγραμμα υπολογιστή για να προσομοιώσουν το εύρος των ηλεκτρικών δυνάμεων μεταξύ των ιόντων εντός του φλοιού των άστρων νετρονίων. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις Coulomb κρατούν τον φλοιό ενωμένο και ως εκ τούτου διατηρούν τα όρη στη θέση τους. Τα ιόντα τους σχηματίζονται από ορισμένα από τα πρωτόνια που παραμένουν εκεί από τα άτομα των αρχικών άστρων, καθώς και ορισμένα νετρόνια.
Οι φυσικοί υπολόγισαν πώς παραμορφώνεται ο φλοιός ενός άστρου νετρονίων κάτω υπό ισχυρές τάσεις. Για να το πετύχουν αυτό προσομοίωσαν πολλαπλά στρώματα από ιόντα που αλληλεπιδρούν με χιλιάδες γειτονικά τους ιόντα μέσω της δύναμης Coulomb, καθώς και το πως εξελίσσεται το σύστημα, καθώς αυτά μετακινούν τα πάνω και τα κάτω στρώματα σχετικά το ένα ως προς το άλλο. Διαπίστωσαν έτσι ότι θεωρώντας τον φλοιό ως έναν καθαρό απλό κρύσταλλο το σύστημα έχει μια τάση διάρρηξης μεταξύ 0,1 και 0,15, Με άλλα λόγια ότι το σχήμα του φλοιού μπορεί να παραμορφωθεί έως και 10-15% πριν σπάσει.
Αρκετά ισχυρό για να ανιχνευτεί από το LIGO
Έδειξαν,επίσης, ότι ότι ένα τέτοιο αστέρι μπορεί να δημιουργήσει κύματα βαρύτητας που να είναι αρκετά ισχυρά και έτσι θα μπορούν να ανιχνευτούν από το LIGO, που αποτελείται από δύο ζεύγη συμβολομέτρων.
Horowitz τονίζει ότι με την προσομοίωση της διάρρηξης του φλοιού θα βελτιωθεί η κατανόηση του “γιγάντιων εκλάμψεων των μάγναστρων (magnetar)”, εξαιρετικά δραστήριες εκλάμψεις ακτίνων-γ που παράγονται από αστέρια νετρονίων. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτές οι εκλάμψεις προκύπτουν από την ενέργεια που ελευθερώνεται όταν σπάσουν τον φλοιό οι μαγνητικές γραμμές του πεδίου του άστρου νετρονίων και στη συνέχεια επανασυνδέονται όταν ο φλοιός κινείται.
“Τώρα που κατανοούμε καλύτερα για το πώς και πότε ο φλοιός σπάει, μπορούμε να βελτιώσουμε το μοντέλο των αστροσεισμών για να προβούμε σε λεπτομερείς συγκρίσεις με τις παρατηρήσεις”, προσθέτει.
Επιπλέον, οι Horowitz και Kadau ισχυρίζονται ότι το έργο τους θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη ισχυρότερων μηχανικών υλικών. Επισημαίνουν ότι η τεράστια τάση του φλοιού των αστέρων νετρονίων – περίπου 10 δισεκατομμύρια φορές αυτής του χάλυβα – οφείλεται στο πολύ μεγάλο εύρος των αλληλεπιδράσεων Coulomb μεταξύ των ιόντων καθώς και τις τεράστιες πιέσεις που ασκούνται στον φλοιό. Οι πιέσεις αυτές εμποδίζουν τον σχηματισμό κενών χώρων, που διαφορετικά θα μπορούσε να προκαλέσει ελαττώματα στο υλικό. “Μπορεί να είναι δυνατόν να σχεδιαστούν ισχυρά συμβατικά υλικά με τα δύο αυτά χαρακτηριστικά”, πιστεύει ο Horowitz.
Πηγή: PhysicsWorld
Σχετικά άρθρα
1.Το παρατηρητήριο των βαρυτικών κυμάτων LIGO σαρώνει τους ουρανούς
2.Επιστήμονες αγωνίζονται για να ανιχνεύσουν τα πρώτα κύματα βαρύτητας
Leave a Comment