Sao neutron là những vật thể cực kỳ nhỏ gọn có thể hình thành sau cái chết của một ngôi sao. Tuy nhiên, ít người biết về nội thất của chúng. Kể từ khi phát hiện ra chúng, các nhà khoa học đã cố gắng giải mã cấu trúc của chúng.
Vì chúng khó có thể được sao chép trên Trái đất trong phòng thí nghiệm nên trở ngại lớn nhất là mô phỏng các điều kiện khắc nghiệt bên trong các sao neutron. Kết quả là có rất nhiều mô hình trong đó các thuộc tính khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ và mật độ, được xác định bằng cách sử dụng cái gọi là phương trình trạng thái. Những phương trình này cố gắng mô tả đặc điểm cấu trúc của các sao neutron từ bề mặt sao đến lõi bên trong.
Bây giờ các nhà vật lý tại Đại học Goethe Frankfurt đã thành công trong việc thêm những phần quan trọng khác vào câu đố. Họ đã phát triển hơn một triệu phương trình trạng thái thỏa mãn các ràng buộc được đặt ra bởi dữ liệu thu được từ vật lý hạt nhân lý thuyết và mặt khác là từ các quan sát thiên văn.
Khi đánh giá các phương trình trạng thái, các nhà vật lý tìm thấy một điều đáng ngạc nhiên: “Ánh sáng” sao neutron (với khối lượng nhỏ hơn khoảng 1.7 lần khối lượng Mặt Trời) dường như có lớp phủ mềm và lõi cứng, trong khi các sao neutron “nặng” (với khối lượng lớn hơn 1.7 khối lượng Mặt Trời) thay vào đó lại có lớp phủ cứng và lõi mềm.
Giáo sư Luciano Rezzolla cho biết, “Kết quả này rất thú vị vì nó cho chúng ta một thước đo trực tiếp về khả năng nén của tâm sao neutron. Sao neutron hành xử hơi giống kẹo hạt sô-cô-la: các sao nhẹ giống như vậy sôcôla với hạt phỉ ở giữa được bao quanh bởi sô cô la mềm, trong khi những ngôi sao nặng có thể được coi giống như những loại sô cô la có lớp cứng chứa nhân mềm.”
Tốc độ của âm thanh là rất quan trọng cho cái nhìn sâu sắc này. Số liệu định lượng này, dựa vào mức độ cứng hay linh hoạt của vật chất, mô tả tốc độ mà sóng âm di chuyển bên trong một vật phẩm. Trên Trái đất, người ta tìm thấy các mỏ dầu và nội thất của hành tinh được khám phá bằng cách sử dụng tốc độ âm thanh.
Các nhà khoa học cũng có thể xác định các đặc điểm bổ sung, chưa được khám phá trước đây của sao neutron bằng cách mô hình hóa các phương trình trạng thái. Ví dụ, rất có thể chúng có bán kính chỉ 12 km, bất kể khối lượng của chúng. Chúng có cùng chu vi với Frankfurt.
Tác giả Tiến sĩ Christian Ecker giải thích: “Nghiên cứu số sâu rộng của chúng tôi không chỉ cho phép chúng tôi đưa ra dự đoán về bán kính và khối lượng tối đa của các sao neutron mà còn đặt ra các giới hạn mới về khả năng biến dạng của chúng trong các hệ nhị phân, nghĩa là chúng biến dạng nhau mạnh đến mức nào thông qua chúng. trường hấp dẫn. Những hiểu biết này sẽ trở nên đặc biệt quan trọng để xác định phương trình trạng thái chưa biết bằng các quan sát thiên văn trong tương lai và phát hiện sóng hấp dẫn từ các ngôi sao đang hợp nhất.”
Tài liệu tham khảo Tạp chí:
- Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla: Về tốc độ âm thanh trong sao neutron. Tạp chí Vật lý Thiên văn (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Christian Ecker & Luciano Rezzolla: Một mô tả chung, không phụ thuộc vào tỷ lệ về tốc độ âm thanh trong các sao neutron. Tạp chí Vật lý Thiên văn (2022) DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac8674
