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Schnell abkühlende Neutronensterne entfernen Wärme, indem sie Neutrinos abgeben

Schnell abkühlende Neutronensterne entfernen Wärme, indem sie Neutrinos abgeben


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In einem neuen Artikel, der in Physical Review Letters veröffentlicht wurde, berichten Astrophysiker über neue Beweise dafür, dass Neutronensterne Wärme schnell abführen können, indem sie subatomare Partikel, sogenannte Neutrinos, abgeben.

Neutronensterne, von denen angenommen wird, dass sie das Ergebnis des Gravitationskollapses eines massiven Sterns nach einer Supernova-Explosion sind, sind Himmelsobjekte mit einem sehr kleinen Radius und einer sehr hohen Masse von 1,4 bis 3 Sonnenmassen.

Analyse der Röntgenemissionen

Wissenschaftler untersuchen, wie Neutronensterne Wärme abführen, um zu verstehen, wie sich Materie unter Bedingungen extrem hoher Dichten und Temperaturen verhält. Der Professor für Physik und Astronomie an der Michigan State University, Edward Brown, und seine Co-Autoren untersuchten die Abkühlungsgeschichte eines Neutronensterns, der an seinem Nachbarstern kaute, indem sie seine Röntgenemissionen in den Zeiträumen analysierten, die auf zwei Perioden von Röntgenstrahlen folgten. Strahlenausbrüche oder Fütterungssitzungen, die in den Jahren 2001 und 2016 enden.

"Beobachtungen der thermischen Relaxation der Neutronensternkruste nach 2,5 Jahren Akkretion ermöglichen es uns, die während der Akkretion im Kern abgelagerte Energie zu messen, die dann als Neutrinos wieder abgestrahlt wird, und auf die Kerntemperatur zu schließen", heißt es in dem Papier. Was das Team der Astrophysiker fand, war ein nie zuvor beobachteter schneller Neutrino-Kühlmechanismus, der als direkter Urca-Prozess bezeichnet wird.

Erster Hinweis auf eine schnellere Abkühlung

Dies ist der erste Beweis für eine schnellere Abkühlung, die Wissenschaftler erbracht haben. Frühere Studien hatten gezeigt, dass Neutronensterne Neutrinos emittieren, um sich langsam abzukühlen, jedoch niemals mit dieser Geschwindigkeit.

Brown sagte gegenüber Science News, dass die beobachteten Neutrinos "Energie etwa zehnmal schneller weggetragen haben als die Energie, die vom Sonnenlicht abgestrahlt wird - oder etwa 100 Millionen Mal schneller als der langsame Prozess". Der untersuchte Stern befindet sich ungefähr 35.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Der Astrophysiker James Lattimer von der Stony Brook University in New York, der nicht an der Forschung beteiligt ist, sagte, dass, obwohl Hinweise auf dieses Verhalten bereits zuvor beobachtet wurden, „dies im Grunde das erste Objekt ist, für das wir sehen können, wie sich der Stern vor unseren Augen aktiv abkühlt. ”

Energie verschwindet

Der direkte Urca-Prozess wurde von den Physikern George Gamow und Mário Schenberg während eines Besuchs im ehemaligen Urca-Casino von Rio de Janeiro benannt. Schenberg soll gesagt haben, dass "die Energie im Kern der Supernova verschwindet, sobald das Geld an diesem Roulette-Tisch verschwunden ist".

Der Urca-Prozess wird von Oxford Reference als „Zyklus von Kernreaktionen, in denen ein Elektron von einem Kern absorbiert und anschließend als Beta-Teilchen (ein schnelles Elektron) unter Bildung eines Neutrino-Antineutrino-Paares wieder emittiert wird, beschrieben. Der Prozess ändert nichts an der Zusammensetzung des Kerns, sondern entzieht ihm Energie in Form von Neutrino und Antineutrino. “

„Das Neutrino ist ein Dieb; Es raubt dem Stern Energie “, erklärte die Physikerin Madappa Prakash von der Ohio University in Athen, die nicht an der Forschung beteiligt ist. Der Prozess kann nur stattfinden, wenn die Protonenmenge im Zentrum eines Neutronensterns mehr als beträgt 10%.

Die Studie ist sehr wichtig für das Verständnis der ultradichten Materie im Zentrum von Neutronensternen. „Solche Ergebnisse werden wichtige Konsistenzprüfungen für Modelle mit dichter Materie liefern. Darüber hinaus kann die Protonenfraktion Aufschluss über die Kernsymmetrieenergie geben, insbesondere über ihre Dichteabhängigkeit “, schrieb Lattimer in der Zeitschrift Physics.


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Bemerkungen:

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