Arvatakse, et neutrontähtede kokkupõrge tekitab väärismetalle nagu kuld ja plaatina. Nende tähtede omadused jäävad saladuseks, kuid lahenduse võib leida plii aatomituumas, mis on üks väikseimaid ehitusplokke Maal. Aatomi tuumas neutrontähtede sisemust kontrolliva elujõu saladuste avamine on osutunud keeruliseks.
Uus uuring alates Chalmersi Tehnikaülikool, Rootsi, oskab vastuseid pakkuda. Arvutimudelit kasutades esitab uuring läbimurde raske ja stabiilse elemendi plii aatomituuma arvutamisel.
Põhja-Ameerika ja Inglismaa kolleegidega välja töötatud mudel näitab nüüd teed edasi. See võimaldab suure täpsusega ennustada isotoobi* plii-208 ja selle niinimetatud neutronnaha omadusi.
Kuigi neutrontähe suurus on palju kilomeetreid suurem kui täht aatomituum, reguleerib selle omadusi üldiselt sama füüsika. Ühine nimetaja on elujõud, mis seob prootonid ja neutronid üksteisele aatomituumas. Sama jõuga takistab ka neutrontähe kokkuvarisemist. Hoolimata sellest, et see on kosmose põhikomponent, on seda elutähtsat jõudu keeruline arvutimudelites arvesse võtta, eriti kui tegemist on raskete, neutronirikaste aatomituumadega, nagu plii. Selle tulemusena on teadlaste keerukad arvutused jätnud nad võitlema paljude lahendamata probleemidega.
Et mõista, kuidas tugev jõud neutronirikkas aines töötab, vajavad teadlased teooria ja katse sisulist võrdlust, laborites ja teleskoopidega tehtud vaatlusi ning usaldusväärseid teoreetilisi simulatsioone.
Andreas Ekström, Chalmersi füüsika osakonna dotsent ja artikli üks peamisi autoreid, ütles: "Meie läbimurre tähendab, et oleme suutnud selliseid arvutusi teha kõige raskema stabiilse elemendi-plii jaoks."
Teadlased ühendasid teooriad juba olemasolevate eksperimentaalsete uuringute andmetega, et luua uus arvutusmudel. Seejärel ühendati varem koroonaviiruse võimaliku leviku simuleerimiseks kasutatud statistiline meetod keerukate arvutustega.
Nüüd on uue plii mudeli abil võimalik hinnata mitmeid tugeva jõu hüpoteese. Mudelit kasutades saab teha ka ennustusi erinevate aatomituumade kohta, alates nõrgimast kuni raskeimani.
Aatomituuma moodustavad 126 neutronit loovad aatomi väliskatte ehk naha. Elujõu omadused on seotud naha paksusega. Elujõu toimimise mõistmist nii aatomituumades kui ka neutrontähtedes saab parandada, eeldades neutroni naha paksus.
Teadustöö juht Christian Forssén, Chalmersi füüsikaosakonna professor, ütles: "Me ennustame, et neutronite nahk on üllatavalt õhuke, mis võib anda uut teavet neutronitevahelise jõu kohta. Meie mudeli murranguline aspekt on see, et see annab prognoose ja suudab hinnata teoreetilisi veapiire. See on teaduse edu saavutamiseks ülioluline.
"Läbimurre võib kaasa tuua näiteks neutrontähtede täpsemate mudelite ja teadmiste suurenemise nende moodustumise kohta."
"Meie eesmärk on paremini mõista, kuidas tugev jõud neutrontähtedes ja aatomituumades käitub. See viib uurimistöö ühe sammu lähemale mõistmisele, kuidas näiteks kulda ja muid elemente saab luua neutrontähtedes – ja päeva lõpuks on see universumi mõistmine.
Ajakirja viide:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. jt. Ab initio ennustused seovad 208Pb neutroni naha tuumajõududega. Nat. Phys. 18, 1196–1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
