Τα αστέρια νετρονίων είναι απίστευτα συμπαγή αντικείμενα που μπορούν να σχηματιστούν μετά το θάνατο ενός άστρου. Ωστόσο, λίγα είναι γνωστά για το εσωτερικό τους. Από την ανακάλυψή τους, οι επιστήμονες προσπαθούν να αποκρυπτογραφήσουν τη δομή τους.
Δεδομένου ότι μετά βίας μπορούν να αντιγραφούν στη Γη σε ένα εργαστήριο, το μεγαλύτερο εμπόδιο είναι η προσομοίωση των σοβαρών συνθηκών μέσα στα αστέρια νετρονίων. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν πολλά μοντέλα στα οποία διαφορετικά χαρακτηριστικά, όπως η θερμοκρασία και η πυκνότητα, ορίζονται χρησιμοποιώντας τις λεγόμενες εξισώσεις κατάστασης. Αυτές οι εξισώσεις προσπαθούν να χαρακτηρίσουν τη δομή των άστρων νετρονίων από την αστρική επιφάνεια έως τον εσωτερικό πυρήνα.
Τώρα οι φυσικοί στο Goethe University Frankfurt κατάφεραν να προσθέσουν άλλα κρίσιμα κομμάτια στο παζλ. Έχουν αναπτύξει περισσότερες από ένα εκατομμύριο εξισώσεις κατάστασης που ικανοποιούν τους περιορισμούς που τίθενται από δεδομένα που λαμβάνονται από τη θεωρητική πυρηνική φυσική από τη μια πλευρά και από αστρονομικές παρατηρήσεις από την άλλη.
Όταν αξιολόγησαν τις εξισώσεις κατάστασης, οι φυσικοί βρήκαν κάτι εκπληκτικό: «Φως» αστέρια νετρονίων (με μάζες μικρότερες από περίπου 1.7 ηλιακές μάζες) φαίνεται να έχουν μαλακό μανδύα και δύσκαμπτο πυρήνα, ενώ τα "βαριά" αστέρια νετρονίων (με μάζα μεγαλύτερη από 1.7 ηλιακή μάζα) έχουν αντίθετα έναν άκαμπτο μανδύα και έναν μαλακό πυρήνα.
Ο καθηγητής Luciano Rezzolla είπε, «Αυτό το αποτέλεσμα είναι πολύ ενδιαφέρον γιατί μας δίνει ένα άμεσο μέτρο του πόσο συμπιεστό μπορεί να είναι το κέντρο των άστρων νετρονίων. Τα αστέρια νετρονίων συμπεριφέρονται λίγο σαν πραλίνες σοκολάτας: τα φωτεινά αστέρια μοιάζουν με αυτά σοκολάτες με ένα φουντούκι στο κέντρο τους που περιβάλλεται από μαλακή σοκολάτα, ενώ τα βαριά αστέρια μπορούν να θεωρηθούν περισσότερο σαν εκείνες τις σοκολάτες όπου ένα σκληρό στρώμα περιέχει μια απαλή γέμιση.»
Η ταχύτητα του ήχου είναι κρίσιμη για αυτήν την επίγνωση. Αυτή η ποσοτική μέτρηση, η οποία βασίζεται στο πόσο άκαμπτη ή ευέλικτη είναι η ύλη, περιγράφει την ταχύτητα με την οποία ηχητικά κύματα μετακινηθείτε μέσα σε ένα αντικείμενο. Στη Γη, βρίσκονται κοιτάσματα πετρελαίου και το το εσωτερικό του πλανήτη εξερευνάται χρησιμοποιώντας την ταχύτητα του ήχου.
Οι επιστήμονες θα μπορούσαν επίσης να εντοπίσουν πρόσθετα, άγνωστα προηγουμένως χαρακτηριστικά των άστρων νετρονίων, μοντελοποιώντας τις εξισώσεις κατάστασης. Για παράδειγμα, πιθανότατα έχουν ακτίνα μόλις 12 χιλιομέτρων, ανεξάρτητα από τη μάζα τους. Έχουν την ίδια περιφέρεια με τη Φρανκφούρτη.
Συγγραφέας Dr. Christian Ecker εξηγεί: «Η εκτεταμένη αριθμητική μας μελέτη όχι μόνο μας επιτρέπει να κάνουμε προβλέψεις για τις ακτίνες και τις μέγιστες μάζες των άστρων νετρονίων, αλλά και να θέσουμε νέα όρια στην παραμόρφωση τους σε δυαδικά συστήματα, δηλαδή πόσο έντονα παραμορφώνονται το ένα το άλλο μέσω βαρυτικά πεδία. Αυτές οι γνώσεις θα γίνουν ιδιαίτερα σημαντικές για τον εντοπισμό της άγνωστης εξίσωσης κατάστασης με μελλοντικές αστρονομικές παρατηρήσεις και ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων από συγχωνευμένα αστέρια».
Αναφορές περιοδικών:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: On the Sound Speed in Neutron Stars. Τα περιοδικά αστροφυσικής (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: Μια γενική, ανεξάρτητη από κλίμακα περιγραφή της ταχύτητας του ήχου στα αστέρια νετρονίων. Τα περιοδικά αστροφυσικής (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
