Neutronstjerner er utroligt kompakte objekter, der kan dannes efter en stjernes død. Der er dog lidt kendt om deres interiør. Siden deres opdagelse har videnskabsmænd forsøgt at tyde deres struktur.
Da de næsten ikke kan kopieres på Jorden i et laboratorium, er den største hindring at simulere de alvorlige omstændigheder inde i neutronstjerner. Som følge heraf er der talrige modeller, hvor forskellige attributter, såsom temperatur og tæthed, er defineret ved hjælp af såkaldte tilstandsligninger. Disse ligninger forsøger at karakterisere strukturen af neutronstjerner fra stjernens overflade til den indre kerne.
Nu fysikere kl Goethe University Frankfurt er lykkedes med at tilføje andre afgørende brikker til puslespillet. De har udviklet mere end en million tilstandsligninger, der opfylder de begrænsninger, der er fastsat af data opnået fra teoretisk kernefysik på den ene side og af astronomiske observationer på den anden side.
Da de evaluerede tilstandsligningerne, fandt fysikere noget overraskende: "Lys" neutronstjerner (med masser mindre end ca. 1.7 solmasser) synes at have en blød kappe og en stiv kerne, hvorimod "tunge" neutronstjerner (med masser større end 1.7 solmasser) i stedet har en stiv kappe og en blød kerne.
Prof. Luciano Rezzolla sagde, "Dette resultat er meget interessant, fordi det giver os et direkte mål for, hvor komprimerbart centrum af neutronstjerner kan være. Neutronstjerner opfører sig lidt som chokoladepraliner: lyse stjerner ligner dem chokolade med en hasselnød i midten omgivet af blød chokolade, hvorimod tunge stjerner kan betragtes mere som de chokolader, hvor et hårdt lag indeholder et blødt fyld."
Lydens hastighed er afgørende for denne indsigt. Denne kvantitative metrik, som er afhængig af, hvor stiv eller fleksibel sagen er, beskriver den hastighed, hvormed lydbølger bevæge sig inde i et emne. På Jorden findes olieforekomster, og de planetens indre udforskes ved hjælp af lydens hastighed.
Forskerne kunne også identificere yderligere, hidtil uopdagede karakteristika ved neutronstjerner ved at modellere tilstandsligningerne. For eksempel har de højst sandsynligt en radius på kun 12 kilometer, uanset deres masse. De har samme omkreds som Frankfurt.
Forfatter Dr. Christian Ecker forklarer: "Vores omfattende numeriske undersøgelse giver os ikke kun mulighed for at forudsige radierne og maksimale masser af neutronstjerner, men også at sætte nye grænser for deres deformerbarhed i binære systemer, dvs. hvor kraftigt de forvrænger hinanden gennem deres gravitationsfelter. Disse indsigter vil blive særligt vigtige for at lokalisere den ukendte tilstandsligning med fremtidige astronomiske observationer og påvisninger af gravitationsbølger fra sammensmeltende stjerner."
Journalreferencer:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: On the Sound Speed in Neutron Stars. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: En generel, skala-uafhængig beskrivelse af lydhastigheden i neutronstjerner. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
