Neutronitähdet ovat uskomattoman kompakteja esineitä, jotka voivat muodostua tähden kuoleman jälkeen. Niiden sisätiloista tiedetään kuitenkin vähän. Löydöstään lähtien tutkijat ovat yrittäneet tulkita niiden rakennetta.
Koska niitä voidaan tuskin monistaa maan päällä laboratoriossa, suurin este on neutronitähtien sisällä vallitsevien vaikeiden olosuhteiden simulointi. Tästä johtuen on olemassa lukuisia malleja, joissa erilaiset attribuutit, kuten lämpötila ja tiheys, määritellään ns. tilayhtälöillä. Nämä yhtälöt yrittävät karakterisoida neutronitähtien rakennetta tähden pinnasta sisäytimeen.
Nyt fyysikot klo Frankfurtin Goethe-yliopisto ovat onnistuneet lisäämään palapeliin muita tärkeitä palasia. He ovat kehittäneet yli miljoona tilayhtälöä, jotka täyttävät yhtäältä teoreettisesta ydinfysiikasta saadun tiedon ja toisaalta tähtitieteellisten havaintojen asettamat rajoitukset.
Kun he arvioivat tilayhtälöitä, fyysikot löysivät jotain yllättävää: "valo" neutronitähdet (joiden massat ovat alle noin 1.7 Auringon massaa) näyttävät olevan pehmeä vaippa ja jäykkä ydin, kun taas "raskailla" neutronitähdillä (joiden massa on suurempi kuin 1.7 auringon massaa) on sen sijaan jäykkä vaippa ja pehmeä ydin.
Professori Luciano Rezzolla sanoi, "Tämä tulos on erittäin mielenkiintoinen, koska se antaa meille suoran mittauksen siitä, kuinka puristuva neutronitähtien keskusta voi olla. Neutronitähdet käyttäytyvät vähän kuin suklaakonvehdit: vaaleat tähdet muistuttavat niitä suklaata jonka keskellä on hasselpähkinä, jota ympäröi pehmeä suklaa, kun taas raskaita tähtiä voidaan pitää enemmän suklaaina, joissa kova kerros sisältää pehmeän täytteen."
Äänen nopeus on ratkaiseva tämän näkemyksen kannalta. Tämä kvantitatiivinen mittari, joka perustuu siihen, kuinka jäykkä tai joustava asia on, kuvaa nopeutta, jolla ääniaallot liikkua esineen sisällä. Maapallolta löytyy öljyesiintymiä, ja planeetan sisäosat tutkitaan äänen nopeudella.
Tiedemiehet pystyivät myös tunnistamaan muita, aiemmin tuntemattomia neutronitähtien ominaisuuksia mallintamalla tilayhtälöitä. Esimerkiksi niiden säde on todennäköisesti vain 12 kilometriä niiden massasta riippumatta. Heillä on sama ympärysmitta kuin Frankfurtissa.
Kirjoittaja tohtori Christian Ecker selittää: ”Laaja numeerinen tutkimuksemme antaa meille mahdollisuuden paitsi tehdä ennusteita neutronitähtien säteistä ja maksimimassoista, myös asettaa uusia rajoja niiden muodonmuutoskyvylle binäärisysteemeissä, eli kuinka voimakkaasti ne vääristävät toisiaan. gravitaatiokentät. Näistä oivalluksista tulee erityisen tärkeitä määritettäessä tuntematon tilayhtälö tulevien tähtitieteellisten havaintojen ja sulautuvien tähtien gravitaatioaaltojen havaitsemiseen."
Lehtiviitteet:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: On the Sound Speed in Neutron Stars. Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: Yleinen, mittakaavasta riippumaton kuvaus neutronitähtien äänennopeudesta. Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
