Gwiazdy neutronowe to niezwykle zwarte obiekty, które mogą powstać po śmierci gwiazdy. Niewiele jednak wiadomo o ich wnętrzach. Od czasu ich odkrycia naukowcy próbują rozszyfrować ich strukturę.
Ponieważ z trudem można je powielić na Ziemi w laboratorium, największą przeszkodą jest symulowanie surowych warunków wewnątrz gwiazd neutronowych. W rezultacie istnieje wiele modeli, w których różne atrybuty, takie jak temperatura i gęstość, są definiowane za pomocą tzw. równań stanu. Równania te próbują scharakteryzować strukturę gwiazd neutronowych od powierzchni gwiazdy do jądra wewnętrznego.
Teraz fizycy z Uniwersytet Goethego we Frankfurcie udało się dodać inne kluczowe elementy do układanki. Opracowali ponad milion równań stanu, które spełniają ograniczenia nałożone przez dane uzyskane z teoretycznej fizyki jądrowej z jednej strony i obserwacje astronomiczne z drugiej.
Kiedy oceniali równania stanu, fizycy odkryli coś zaskakującego: „Światło” gwiazdy neutronowe (o masach mniejszych niż około 1.7 masy Słońca) wydają się mieć miękki płaszcz i sztywne jądro, podczas gdy „ciężkie” gwiazdy neutronowe (o masach większych niż 1.7 masy Słońca) zamiast tego mają sztywny płaszcz i miękkie jądro.
Prof. Luciano Rezzolla powiedział: „Ten wynik jest bardzo interesujący, ponieważ daje nam bezpośrednią miarę ściśliwości centrum gwiazd neutronowych. Gwiazdy neutronowe zachowują się trochę jak czekoladowe praliny: do nich podobne są jasne gwiazdy czekoladki z orzechem laskowym w środku otoczonym miękką czekoladą, podczas gdy ciężkie gwiazdki bardziej przypominają te czekoladki, w których twarda warstwa zawiera miękkie nadzienie.”
Prędkość dźwięku ma kluczowe znaczenie dla tego wglądu. Ta miara ilościowa, która opiera się na tym, jak sztywna lub elastyczna jest materia, opisuje prędkość, z jaką fale dźwiękowe poruszać się wewnątrz przedmiotu. Na Ziemi znajdują się złoża ropy naftowej i wnętrze planety jest badany przy użyciu prędkości dźwięku.
Naukowcy mogli również zidentyfikować dodatkowe, wcześniej nieodkryte cechy gwiazd neutronowych, modelując równania stanu. Na przykład najprawdopodobniej mają promień zaledwie 12 kilometrów, niezależnie od ich masy. Mają taki sam obwód jak Frankfurt.
Autor dr Christian Ecker wyjaśnia: „Nasze szeroko zakrojone badania numeryczne pozwalają nam nie tylko przewidywać promienie i maksymalne masy gwiazd neutronowych, ale także wyznaczać nowe ograniczenia ich odkształcalności w układach podwójnych, to znaczy, jak silnie odkształcają się one nawzajem poprzez pola grawitacyjne. Spostrzeżenia te staną się szczególnie ważne, aby wskazać nieznane równanie stanu w przyszłych obserwacjach astronomicznych i wykrywaniu fal grawitacyjnych pochodzących od łączących się gwiazd”.
Odniesienia do czasopism:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: O prędkości dźwięku w gwiazdach neutronowych. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker i Luciano Rezzolla: Ogólny, niezależny od skali opis prędkości dźwięku w gwiazdach neutronowych. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
