כוכבי ניוטרונים הם עצמים קומפקטיים להפליא שיכולים להיווצר לאחר מותו של כוכב. עם זאת, מעט ידוע על הפנים שלהם. מאז גילוים, מדענים מנסים לפענח את המבנה שלהם.
מכיוון שבקושי ניתן לשכפל אותם על פני כדור הארץ במעבדה, המכשול הגדול ביותר הוא הדמיה של הנסיבות הקשות בתוך כוכבי נויטרונים. כתוצאה מכך, ישנם מודלים רבים שבהם תכונות שונות, כגון טמפרטורה וצפיפות, מוגדרות באמצעות מה שנקרא משוואות מצב. משוואות אלו מנסות לאפיין את המבנה של כוכבי נויטרונים ממשטח הכוכב ועד הליבה הפנימית.
עכשיו פיזיקאים ב אוניברסיטת גתה פרנקפורט הצליחו להוסיף חלקים מכריעים אחרים לפאזל. הם פיתחו יותר ממיליון משוואות מצב העומדות באילוצים שנקבעו על ידי נתונים המתקבלים מפיזיקה גרעינית תיאורטית מחד ועל ידי תצפיות אסטרונומיות מאידך.
כשהם העריכו את משוואות המדינה, פיזיקאים מצאו משהו מפתיע: "אור" כוכבי נויטרונים (עם מסות קטנות מכ-1.7 מסות שמש) נראה שיש להם מעטה רכה וליבה נוקשה, ואילו לכוכבי נויטרונים "כבדים" (עם מסות גדולות מ-1.7 מסות שמש) במקום זאת יש מעטפת נוקשה וליבה רכה.
פרופ' לוצ'יאנו רצולה אמר, "התוצאה הזו מעניינת מאוד כי היא נותנת לנו מדד ישיר למידת הדחיסה של מרכז כוכבי נויטרונים. כוכבי ניוטרונים מתנהגים קצת כמו פרליני שוקולד: כוכבים בהירים דומים לאלה שוקולדים עם אגוז לוז במרכזם מוקף בשוקולד רך, בעוד שכוכבים כבדים יכולים להיחשב יותר כמו אותם שוקולדים שבהם שכבה קשה מכילה מילוי רך".
מהירות הקול היא קריטית לתובנה זו. מדד כמותי זה, המסתמך על מידת קשיחות או גמישות של החומר, מתאר את המהירות שבה גלי קול לנוע בתוך פריט. על כדור הארץ, מרבצי נפט נמצאים, ואת פנים כוכב הלכת נחקר באמצעות מהירות הקול.
המדענים יכלו גם לזהות מאפיינים נוספים שטרם התגלו של כוכבי נויטרונים על ידי מודל של משוואות המדינה. לדוגמה, סביר להניח שיש להם רדיוס של 12 קילומטרים בלבד, ללא קשר למסה שלהם. יש להם אותו היקף כמו פרנקפורט.
הסופר ד"ר כריסטיאן אקר מסביר: "המחקר המספרי הנרחב שלנו לא רק מאפשר לנו לחזות את הרדיוסים והמסה המקסימלית של כוכבי נויטרונים אלא גם להגדיר מגבלות חדשות על יכולת העיוות שלהם במערכות בינאריות, כלומר עד כמה הם מעוותים זה את זה באמצעות שדות כבידה. התובנות הללו יהפכו חשובות במיוחד כדי לאתר את משוואת המצב הלא ידועה עם תצפיות אסטרונומיות עתידיות וגילויים של גלי כבידה מכוכבים מתמזגים."
הפניות לכתב עת:
- סינאן אלטיפרמק, כריסטיאן אקר, לוצ'יאנו רזולה: על מהירות הקול בכוכבי ניוטרונים. מכתבי העיתון האסטרופיסי (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: תיאור כללי, בלתי תלוי בקנה מידה, של מהירות הקול בכוכבי נויטרונים. מכתבי העיתון האסטרופיסי (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
