Nøytronstjerner er utrolig kompakte objekter som kan dannes etter en stjernes død. Imidlertid er lite kjent om interiøret deres. Siden oppdagelsen deres har forskere forsøkt å tyde strukturen deres.
Siden de knapt kan dupliseres på jorden i et laboratorium, er den største hindringen å simulere de alvorlige omstendighetene inne i nøytronstjerner. Som et resultat er det mange modeller der forskjellige attributter, som temperatur og tetthet, er definert ved hjelp av såkalte tilstandsligninger. Disse ligningene forsøker å karakterisere strukturen til nøytronstjerner fra stjerneoverflaten til den indre kjernen.
Nå fysikere kl Goethe University Frankfurt har lykkes med å legge til andre viktige brikker til puslespillet. De har utviklet mer enn en million tilstandsligninger som tilfredsstiller begrensningene satt av data hentet fra teoretisk kjernefysikk på den ene siden og av astronomiske observasjoner på den andre.
Da de evaluerte tilstandsligningene, fant fysikere noe overraskende: "Lys" nøytronstjerner (med masser mindre enn ca. 1.7 solmasser) ser ut til å ha en myk mantel og en stiv kjerne, mens "tunge" nøytronstjerner (med masser større enn 1.7 solmasser) i stedet har en stiv mantel og en myk kjerne.
Prof. Luciano Rezzolla sa: "Dette resultatet er veldig interessant fordi det gir oss et direkte mål på hvor komprimerbart sentrum av nøytronstjerner kan være. Nøytronstjerner oppfører seg litt som sjokoladepraliner: lyse stjerner ligner dem sjokolade med en hasselnøtt i midten omgitt av myk sjokolade, mens tunge stjerner kan betraktes mer som de sjokoladene der et hardt lag inneholder et mykt fyll.»
Lydens hastighet er avgjørende for denne innsikten. Denne kvantitative beregningen, som er avhengig av hvor stiv eller fleksibel saken er, beskriver hastigheten som lydbølger bevege seg inne i en gjenstand. På jorden finnes oljeforekomster, og den planetens indre utforskes ved hjelp av lydens hastighet.
Forskerne kunne også identifisere flere, tidligere uoppdagede egenskaper ved nøytronstjerner ved å modellere tilstandsligningene. For eksempel har de mest sannsynlig en radius på bare 12 kilometer, uavhengig av massen. De har samme omkrets som Frankfurt.
Forfatter Dr. Christian Ecker forklarer: "Vår omfattende numeriske studie lar oss ikke bare lage spådommer for radiene og maksimale massene til nøytronstjerner, men også å sette nye grenser for deres deformerbarhet i binære systemer, det vil si hvor sterkt de forvrenger hverandre gjennom deres gravitasjonsfelt. Denne innsikten vil bli spesielt viktig for å finne den ukjente tilstandsligningen med fremtidige astronomiske observasjoner og deteksjoner av gravitasjonsbølger fra sammenslående stjerner.»
Tidsskriftreferanser:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: On the Sound Speed in Neutron Stars. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: En generell, skalauavhengig beskrivelse av lydhastigheten i nøytronstjerner. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
