Trčenje nevtronskih zvezd naj bi povzročilo nastanek plemenitih kovin, kot sta zlato in platina. Značilnosti teh zvezd ostajajo skrivnost, a rešitev bi lahko našli v atomskem jedru svinca, enem najmanjših gradnikov na Zemlji. Izkazalo se je, da je težko odkriti skrivnosti vitalne sile, ki nadzoruje notranjost nevtronske zvezde v atomskem jedru.
Nova študija iz Tehnološka univerza v Chalmersu, Švedska, lahko ponudi odgovore. Z uporabo računalniškega modela študija predstavlja preboj pri izračunu atomskega jedra težkega in stabilnega elementa svinca.
Model, ki so ga razvili s kolegi v Severni Ameriki in Angliji, zdaj kaže pot naprej. Omogoča visoko natančne napovedi lastnosti za izotop* svinec-208 in njegovo tako imenovano "nevtronsko kožo".
Čeprav je velikost nevtronske zvezde veliko kilometrov večja od velikosti atomsko jedro, njegove lastnosti na splošno ureja ista fizika. Skupni imenovalec je vitalna sila, ki veže protoni in nevtroni drug drugemu v atomskem jedru. Enaka sila prepreči tudi sesedanje nevtronske zvezde. Kljub temu, da je temeljna komponenta v vesolju, je vitalno silo težko upoštevati v računalniških modelih, zlasti ko gre za težka, z nevtroni bogata atomska jedra, kot je svinec. Posledično so se raziskovalci zaradi zapletenih izračunov spopadali s številnimi nerešenimi vprašanji.
Da bi razumeli, kako močna sila deluje v materiji, bogati z nevtroni, potrebujejo znanstveniki smiselne primerjave med teorijo in eksperimentom, opazovanja v laboratorijih in s teleskopi ter zanesljive teoretične simulacije.
Andreas Ekström, izredni profesor na oddelku za fiziko v Chalmersu in eden glavnih avtorjev članka, je dejal, "Naš preboj pomeni, da smo lahko izvedli takšne izračune za najtežji stabilni element - svinec."
Raziskovalci so združili teorije z že obstoječimi podatki iz eksperimentalnih študij, da bi ustvarili nov računalniški model. Nato so statistično metodo, ki je bila prej uporabljena za simulacijo potencialnega širjenja koronavirusa, združili s kompleksnimi izračuni.
Zdaj je mogoče oceniti več hipotez o močni sili z uporabo novega modela za svinec. Z modelom je mogoče narediti tudi napovedi za različna atomska jedra, od najšibkejših do najtežjih.
126 nevtronov, ki sestavljajo atomsko jedro, ustvarja zunanjo oblogo ali kožo atoma. Lastnosti vitalne sile so povezane z debelino kože. Razumevanje delovanja vitalne sile, tako v atomskih jedrih kot v nevtronskih zvezdah, je mogoče izboljšati s predvidevanjem debelina nevtronske kože.
Vodja raziskave Christian Forssén, profesor na oddelku za fiziko v Chalmersu, je dejal, »Predvidevamo, da je nevtronska koža presenetljivo tanka, kar lahko zagotovi nove vpoglede v silo med nevtroni. Prelomen vidik našega modela je, da zagotavlja napovedi in lahko oceni teoretične meje napake. To je ključnega pomena za znanstveni napredek.«
"Preboj bi lahko vodil do natančnejših modelov, na primer, nevtronskih zvezd in večjega znanja o tem, kako te nastanejo."
»Naš cilj je bolje razumeti, kako se močna sila obnaša v nevtronskih zvezdah in atomskih jedrih. Raziskave popelje korak bližje k razumevanju, kako bi lahko na primer nastali zlato in drugi elementi v nevtronskih zvezdah – in na koncu dneva gre za razumevanje vesolja.«
Referenca dnevnika:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. et al. Ab initio napovedi povezujejo nevtronsko kožo 208Pb z jedrskimi silami. Nat. Phys. 18, 1196–1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
