Kollisionen af neutronstjerner menes at skabe ædelmetaller som guld og platin. Disse stjerners egenskaber er stadig et mysterium, men løsningen kunne findes i blyatomkernen, en af de mindste byggesten på Jorden. Det har vist sig at være udfordrende at låse op for hemmelighederne bag den vitale kraft, som styrer neutronstjernens indre i atomets kerne.
En ny undersøgelse fra Chalmers University of Technology, Sverige, kan tilbyde svarene. Ved hjælp af en computermodel præsenterer undersøgelsen et gennembrud i beregningen af atomkernen i det tunge og stabile grundstof bly.
Modellen, der er udviklet sammen med kolleger i Nordamerika og England, viser nu vejen frem. Det muliggør højpræcisionsforudsigelser af egenskaber for isotopen* bly-208 og dens såkaldte 'neutronhud'.
Selvom en neutronstjernes størrelse er mange kilometer større end en atomkerne, dens egenskaber er generelt styret af den samme fysik. Fællesnævneren er den vitale kraft, der binder protoner , neutroner til hinanden i en atomkerne. En neutronstjerne forhindres ligeledes i at kollapse af samme kraft. På trods af at den er en grundlæggende komponent i kosmos, er den vitale kraft udfordrende at tage højde for i computermodeller, især når det kommer til tunge, neutronrige atomkerner som bly. Som følge heraf har forskernes komplekse beregninger fået dem til at kæmpe med mange uløste problemer.
For at forstå, hvordan den stærke kraft virker i neutronrigt stof, har videnskabsmænd brug for meningsfulde sammenligninger mellem teori og eksperiment, observationer foretaget i laboratorier og med teleskoper og pålidelige teoretiske simuleringer.
Andreas Ekström, lektor ved Institut for Fysik på Chalmers og en af hovedforfatterne til artiklen, sagde: "Vores gennembrud betyder, at vi har været i stand til at udføre sådanne beregninger for det tungeste stabile element-bly."
Forskerne fusionerede teorier med allerede eksisterende data fra eksperimentelle undersøgelser for at skabe en ny beregningsmodel. Derefter blev en tidligere anvendt statistisk metode til at simulere den potentielle spredning af coronavirus kombineret med komplekse beregninger.
Det er nu muligt at vurdere flere stærke krafthypoteser ved hjælp af den nye model for bly. Forudsigelser for forskellige atomkerner, fra de svageste til de tungeste, kan også laves ved hjælp af modellen.
De 126 neutroner, der udgør en atomkerne, skaber atomets ydre dækning eller hud. Vitalkraftens egenskaber er relateret til hudens tykkelse. Forståelsen af den vitale krafts virkemåde, både i atomkerner og neutronstjerner, kan forbedres ved at forudse tykkelsen af neutronhuden.
Forskningsleder Christian Forssén, professor ved Institut for Fysik på Chalmers, sagde: ”Vi forudser, at neutronhuden er overraskende tynd, hvilket kan give ny indsigt i kraften mellem neutronerne. Et banebrydende aspekt af vores model er, at den giver forudsigelser og kan vurdere teoretiske fejlmargener. Dette er afgørende for at kunne gøre videnskabelige fremskridt.”
"Gennembruddet kan føre til mere præcise modeller af for eksempel neutronstjerner og øget viden om, hvordan disse er dannet."
»Målet for os er at forstå bedre, hvordan den stærke kraft opfører sig i neutronstjerner og atomkerner. Det tager forskningen et skridt tættere på at forstå, hvordan for eksempel guld og andre grundstoffer kunne skabes i neutronstjerner – og i sidste ende handler det om at forstå universet.”
Journal Reference:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. et al. Ab initio forudsigelser forbinder neutronhuden på 208Pb til nukleare kræfter. Nat. Phys. 18, 1196-1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
