Nøytronstjerner er de tetteste objektene i universet, større enn solen i masse, men kondensert til en relativt liten sfære.
Hvor store er nøytronstjerner? Tidligere estimater av radien varierte fra åtte til seksten kilometer. Astrofysikere ved Goethe-universitetet i Frankfurt (Tyskland) har kunnet bestemme størrelsen på nøytronstjerner innen 1,5 kilometer ved hjelp av en sofistikert statistisk tilnærming basert på måling av gravitasjonsbølger. Forskernes rapport er presentert i Physical Review Letters.
Nøytronstjerner er de tetteste objektene i universet, med en masse større enn solen, men kondensert til en relativt liten sfære. I mer enn 40 år har størrelsen på nøytronstjerner vært den hellige gral for kjernefysikk, hvis oppdagelse vil gi viktig informasjon om den grunnleggende oppførselen til kjernefysiske tettheter.
Data om påvisning av gravitasjonsbølger fra en sammenslåing av nøytronstjerner (GW170817) gir et viktig bidrag til å løse dette rådgivningen. På slutten av 2017 brukte professor Luciano Rezzolla, sammen med studentene Elias Most og Lucas Weich, dem allerede til å svare på et langvarig spørsmål om den maksimale massen som nøytronstjerner kan ha før de kollapser i et svart hull. Etter det første viktige resultatet satte det samme teamet seg, ved hjelp av professor Jurgen Schaffner-Belich, til å sette strengere grenser for størrelsen på nøytronstjerner.
En kunstnerisk fremstilling av kollisjonen med nøytronstjerner som genererte gravitasjonsbølger. Kreditt: Carnegie Institution for Science.
Poenget er at tilstandsligningen som beskriver saken inne i nøytronstjerner er ukjent. Fysikere har valgt statistiske metoder for å bestemme størrelsen på nøytronstjerner innenfor trange grenser. De beregnet mer enn to milliarder teoretiske modeller ved å løse Einstein-ligningen for dem, og kombinerte dette store datasettet med begrensningene ved påvisning av gravitasjonsbølger GW170817.
Som et resultat bestemte forskerne radiusen til en typisk nøytronstjerne innen en forskjell på 1,5 kilometer: den varierer fra 12 til 13,5 kilometer, noe som kan forbedres ytterligere ved fremtidige påvisninger av gravitasjonsbølger.
"Problemet kan imidlertid ha hatt mer enn én løsning," kommenterer Jurgen Schaffner-Belich. Det er mulig at stoffet ved ultrahøye tettheter endrer sine egenskaper dramatisk og nærmer seg den såkalte "faseovergangen". Dette ligner på hva som skjer med vann når det fryser og går fra væske til fast stoff. Når det gjelder nøytronstjerner, konverterer denne overgangen visstnok vanlig materie til "kvark" -materiale, og skaper stjerner som vil ha samme masse som deres "tvilling", nøytronstjernen, men er mye mindre og derfor enda mer kompakte.
Kampanjevideo:
Selv om det ikke er bevis for deres eksistens, kan de være en sannsynlig løsning, og forskerne i Frankfurt tok hensyn til denne muligheten, til tross for de ekstra komplikasjonene. Innsatsen betalte seg: tvillingstjernene var statistisk usannsynlige. Dette er et viktig funn som nå lar forskere potensielt utelukke eksistensen av disse veldig kompakte gjenstandene. Fremtidige observasjoner av gravitasjonsbølger vil avsløre om nøytronstjerner har eksotiske tvillinger.
