Nevtronske zvezde so neverjetno kompaktni objekti, ki lahko nastanejo po smrti zvezde. O njihovi notranjosti pa je malo znanega. Od njihovega odkritja znanstveniki poskušajo razvozlati njihovo strukturo.
Ker jih je na Zemlji komaj mogoče podvojiti v laboratoriju, je največja ovira simulacija hudih okoliščin znotraj nevtronskih zvezd. Posledično obstajajo številni modeli, v katerih so različni atributi, kot sta temperatura in gostota, definirani s tako imenovanimi enačbami stanja. Te enačbe poskušajo opisati strukturo nevtronskih zvezd od površine zvezde do notranjega jedra.
Zdaj fiziki pri Univerza Goethe v Frankfurtu jim je uspelo sestavljanki dodati druge ključne koščke. Razvili so več kot milijon enačb stanja, ki zadovoljujejo omejitve, ki jih postavljajo podatki, pridobljeni iz teoretične jedrske fizike na eni strani in astronomska opazovanja na drugi strani.
Ko so ocenili enačbe stanja, so fiziki ugotovili nekaj presenetljivega: "Svetloba" nevtronske zvezde (z masami, manjšimi od približno 1.7 sončne mase) se zdi, da imajo mehak plašč in togo jedro, medtem ko imajo "težke" nevtronske zvezde (z masami, večjimi od 1.7 sončne mase) namesto tega tog plašč in mehko jedro.
Prof. Luciano Rezzolla je dejal, »Ta rezultat je zelo zanimiv, ker nam daje neposredno merilo, kako stisljivo je lahko središče nevtronskih zvezd. Nevtronske zvezde se obnašajo kot čokoladne pralineje: lahke zvezde so jim podobne čokolade z lešnikom v središču, obdanim z mehko čokolado, medtem ko lahko težke zvezdice štejemo bolj kot tiste čokolade, kjer trda plast vsebuje mehko polnilo.«
Hitrost zvoka je ključnega pomena za ta vpogled. Ta kvantitativna metrika, ki se opira na to, kako trda ali prožna je snov, opisuje hitrost, zvočni valovi premikanje znotraj predmeta. Na Zemlji so nahajališča nafte in notranjost planeta se raziskuje s hitrostjo zvoka.
Znanstveniki bi lahko identificirali tudi dodatne, prej neodkrite značilnosti nevtronskih zvezd z modeliranjem enačb stanja. Na primer, najverjetneje imajo radij le 12 kilometrov, ne glede na njihovo maso. Imajo enak obseg kot Frankfurt.
Avtor dr. Christian Ecker razlaga: »Naša obsežna numerična študija nam ne omogoča samo napovedovanja polmerov in največjih mas nevtronskih zvezd, temveč tudi določitev novih omejitev njihove deformabilnosti v binarnih sistemih, to je, kako močno izkrivljajo drug drugega s svojo gravitacijskih polj. Ti vpogledi bodo postali še posebej pomembni za natančno določitev neznane enačbe stanja s prihodnjimi astronomskimi opazovanji in zaznavami gravitacijskih valov iz zvezd, ki se združujejo.«
Reference revije:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: O hitrosti zvoka v nevtronskih zvezdah. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: Splošni, od lestvice neodvisen opis hitrosti zvoka v nevtronskih zvezdah. The Astrophysical Journal Letters (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
