Med undtagelse af sorte huller er neutronstjerner de tætteste objekter i universet. Som følger
Hvad er neutronstjerner?
Efter at massive stjerner brænder deres brændstof udog eksploderer som supernovaer, kan der dannes ekstremt kompakte objekter – neutronstjerner. De er usædvanligt tætte. Så en teskefuld neutronstjernestof vil veje omkring 112 millioner tons på Jorden. De er dog meget små – den gennemsnitlige neutronstjerne kan passe inden for Londons grænser. Men Solen, den stjerne, der er tættest på os, kan passe til mere end en million Jorder.
Neutronstjerner er små i størrelse, men meget tætte. En typisk neutronstjerne sammenlignet med London.
Billedkredit og ophavsret: Kolbjørn Skarpnes, NTNU
For at opnå en sådan tæthed skal du komprimere en massiv krop som Solen til størrelsen af en by som Frankfurt.
I dag kender forskerne til eksistensen2.000 til 3.000 neutronstjerner i Mælkevejen. Men det menes, at der er mange flere af dem. De er vanskelige at opdage af mange grunde, fra deres lille størrelse (i det mindste efter astronomiske standarder) til deres lave lysstyrke i synligt lys.
Hvorfor er de så interessante?
Alle objekter i universet består af stjerner.stoffer. Det er dog ikke alle armaturer, der syntetiserer de samme kemiske elementer. Almindelige stjerner er fabrikker til fremstilling af helium, kulstof og andre velkendte lette grundstoffer.
Illustration: ESO
Oprettelse af tungere, såsom sølv, guld og platin, kræver kollision af neutronstjerner.
Hvilke spørgsmål har forskerne om neutronstjerner?
Mål gravitationsbølger, småoscillationer i rum-tid som følge af kollisionen mellem to neutronstjerner blev først lykkedes i 2017. Imidlertid er sammensætningen af det resulterende varme og tætte fusionsprodukt ikke præcist kendt. Der er stadig åbne spørgsmål, for eksempel om kvarker, som ellers fanges af neutroner, kan optræde i fri form efter en kollision. For at finde ud af det udviklede forfatterne til den nye undersøgelse en ny model.
Hvad gjorde forskerne?
Som en del af den nye undersøgelse udvidede forskernekernefysiske modeller, der ikke er anvendelige ved høje tætheder. For at gøre dette brugte de en metode, der bruges i strengteori til at beskrive overgangen til tæt og varmt kvarkstof.
Quark er en elementær partikel og fundamentalbestanddel af stof. Kvarker kombineres og danner sammensatte partikler kaldet hadroner, hvoraf de mest stabile er protoner og neutroner, komponenter af atomkerner.
Illustration af den nye metode:forskere bruger femdimensionelle sorte huller (til højre) til at beregne fasediagrammet for stærkt bundet stof (midten). Dette gør det muligt at simulere neutronstjernefusioner og de resulterende gravitationsbølger (venstre).
Kredit: Goethe University Frankfurt am Main
Forfatterne til undersøgelsen brugte matematisket forhold fundet i strengteori, nemlig overensstemmelsen mellem femdimensionelle sorte huller og stærkt interagerende stof, for at beskrive faseovergangen mellem tæt kerne- og kvarkstof.
Med andre ord brugte fysikere femdimensionellesorte huller til at beregne fasediagrammet for stærkt bundet stof. Dette hjalp forskerne med at simulere sammensmeltningen af neutronstjerner og de resulterende gravitationsbølger.
Quarkstof bestående af u-og d-kvarker, er kendetegnet ved en meget høj Fermi-energi sammenlignet med almindeligt atomstof. Den er også kun stabil ved ekstreme temperaturer og/eller tryk. Dette tyder på, at kun neutronstjerner med en kerne af kvarkstof kan være stabile kvarkstjerner.
Hvad fandt de ud af?
Forskere har allerede brugt den nye modeli computermodellering. Så de var i stand til at beregne signalet fra gravitationsbølger fra disse kollisioner og vise, at som et resultat af neutronstjernernes "kosmiske mødested" kan både varmt og koldt kvarkstof opstå.
Husk at gravitationsbølger er ændringergravitationsfelt, der udbreder sig som bølger. De udsendes af bevægelige masser, men efter stråling er de adskilt fra dem og eksisterer uafhængigt af disse masser. Matematisk relateret til forstyrrelsen af rum-tid-metrikker og kan beskrives som "rum-tids krusninger".
Hvad er næste?
I fremtiden håber forskerne at være i stand til at sammenligne modellerne med fremtidige gravitationsbølger målt fra rummet for bedre at forstå kvarkstof i neutronstjernekollisioner.
Læs mere:
Arkæologer har officielt bekræftet legenderne fra Bibelen
Afrodites "præstinde"s grav blev fundet: videnskabsmænd viste, hvad de fandt der
Forskere har set, hvad der er på Maya-hovedstadens territorium. Fundet overraskede dem.
Forside: University of Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons