Potremmo finalmente sapere come il plasma è esploso attraverso i folli campi magnetici delle stelle di neutroni

Nuovi calcoli di fisici annoiati ci hanno portato più vicino alla comprensione di come i materiali cadono sulle stelle di neutroni per emettere potenti esplosioni di raggi X.

Se una sufficiente gravità del plasma viene attratta dalla stella morta da un compagno binario, la sua massa è sufficiente per attraversare un percorso attraverso la barriera creata dal forte campo magnetico della stella di neutroni, facendosi strada nell’atmosfera della stella di neutroni.

È un pezzo importante del puzzle a lungo irrisolto che è l’accumulo di stelle di neutroni e bagliori di raggi X. Questa scoperta potrebbe aiutarci a comprendere meglio il comportamento del plasma nei campi magnetici, qualcosa che potrebbe essere applicato allo sviluppo della fusione del plasma qui sulla Terra.

“Questa ricerca è iniziata con domande astratte”. Il fisico del plasma Russell Colesrod ha detto Dal Princeton Plasma Physics Laboratory.

“Come può la materia di una stella compagna penetrare nel forte campo magnetico di una stella di neutroni per produrre raggi X, e cosa causa i cambiamenti osservati in quei campi?”

Le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più densi dell’universo. È ciò che accade quando una stella di una certa massa (tra 8 e 30 volte la massa del Sole) raggiunge la fine della vita della sua sequenza di base e muore.

In un’esplosione di supernova, la materia stellare esterna esplode mentre il nucleo della stella collassa sotto l’azione della gravità, creando una sfera schiacciata super densa che smetterà di brillare per milioni di anni: l’unica cosa che la mantiene incandescente è il calore rimanente.

Quando diciamo spesso, intendiamo Denso, molto. L’unica cosa più densa è un file Buco nero (Che, se la stella precedente fosse stata maggiore di 30 masse solari, il nucleo sarebbe collassato al suo interno.) La massa di una stella di neutroni è circa 1,5 volte la massa del Sole ed è racchiusa in qualcosa di largo forse 10 chilometri (6,2 miglia).

Questi oggetti estremi sono sospesi nello spazio, di solito con un campo magnetico Trilioni di volte più potente della Terra. A volte un compagno binario li accompagna, a una distanza abbastanza vicina da consentire a una stella di neutroni di raccogliere e raccogliere materiale dall’atmosfera del compagno.

Quando ciò accade, il materiale forma un disco che si nutre della stella di neutroni, guadagnando energia quando viene accelerata dalla gravità. Questa energia fuoriesce sotto forma di raggi X ed è spesso concentrata in pennacchi o punti caldi ai poli della stella di neutroni. Sappiamo che sta succedendo. Lo abbiamo notato. Ma restava la questione di come il plasma sarebbe passato attraverso il campo magnetico.

Per fortuna, Kulsrud ha avuto un po ‘di tempo a disposizione.

“Quando pandemia È iniziato e tutti erano confinati nelle loro case, ho deciso di prendere un modello di stella di neutroni e lavorare su alcune cose ”. È spiegare.

Lui e il suo collega, l’astrofisico Rashid Soniaev del Max Planck Institute for Astrophysics in Germania, hanno eseguito modelli matematici per vedere se il plasma si ancora e attira il campo magnetico, o è riuscito a scivolare, lasciandolo intatto.

Secondo i loro calcoli, questo è l’ultimo. Se la massa della goccia di plasma è sufficientemente alta, può esercitare una pressione gravitazionale sul campo magnetico. Ciò si traduce in una serie di fluttuazioni nell’intensità del campo magnetico, con conseguente instabilità che consente al plasma di attraversarlo.

Una volta che il plasma si trova dall’altra parte, viene diretto lungo le linee del campo magnetico della stella di neutroni verso i poli, dove si accumula sulla stella di neutroni.

Secondo questo modello, il plasma che si accumula all’elettrodo diventa troppo pesante per rimanere supportato sulla superficie e affonda all’interno della stella di neutroni. La pressione interna aggiuntiva ai poli distorce il campo magnetico. Nel tempo, la pressione fa sì che il plasma in arrivo si diffonda su tutta la superficie della stella di neutroni, producendo radiazione X globale.

“La massa aggiunta sulla superficie di una stella di neutroni può distorcere la regione esterna del campo magnetico della stella”, Coulsrod ha detto. “Se tu stessi osservando la stella, dovresti vedere che la radiazione emessa dal campo magnetico cambierebbe gradualmente. In effetti, questo è ciò che vediamo”.

Il team osserva che è improbabile che le loro previsioni si applichino a tutte le stelle di neutroni, poiché il loro trattamento dell’instabilità è approssimativo. Tuttavia, i risultati prevedono il cambiamento della forma del campo magnetico nel tempo, nonché il risultato finale.

Nel corso di poche decine di migliaia di anni, una stella di neutroni aumenterà gradualmente la sua massa, così come il suo raggio, a una velocità di circa un millimetro all’anno, e alla fine raggiungerà uno stato stazionario nel suo campo magnetico.

La matematica potrebbe avere applicazioni nello sviluppo di reattori a fusione tokamak, che utilizzano campi magnetici per intrappolare i plasmi.

“Sebbene non ci siano applicazioni dirette per questa ricerca allo sviluppo dell’energia da fusione, la fisica è parallela”. Coulsrod ha detto.

“La diffusione dell’energia attraverso il tokamak, le strutture di fusione a forma di ciambella utilizzate in tutto il mondo, è come la diffusione della materia attraverso il campo magnetico di una stella di neutroni”.

La ricerca è stata pubblicata in Plasma Physics Journal.