Mustia aukkoja lukuun ottamatta neutronitähdet ovat maailmankaikkeuden tiheimpiä esineitä. Seuraavasti
Mitä ovat neutronitähdet?
Kun massiiviset tähdet polttavat polttoaineensaja räjähtää supernovaina, äärimmäisen kompakteja esineitä – neutronitähtiä – voi muodostua. Ne ovat epätavallisen tiheitä. Joten teelusikallinen neutronitähtiainetta painaa noin 112 miljoonaa tonnia maan päällä. Ne ovat kuitenkin hyvin pieniä - keskimääräinen neutronitähti mahtuu Lontoon rajojen sisälle. Mutta aurinkoon, joka on meitä lähin tähti, mahtuu yli miljoona maapalloa.
Neutronitähdet ovat kooltaan pieniä, mutta erittäin tiheitä. Tyypillinen neutronitähti verrattuna Lontooseen.
Kuvan tekijänoikeus ja tekijänoikeus: Kolbjorn Skarpnes, NTNU
Tällaisen tiheyden saavuttamiseksi sinun on puristettava Auringon kaltainen massiivinen kappale Frankfurtin kaltaisen kaupungin kokoiseksi.
Nykyään tiedemiehet tietävät olemassaolosta2000-3000 neutronitähteä Linnunradassa. Mutta uskotaan, että niitä on paljon enemmän. Niitä on vaikea havaita monista syistä, niiden pienestä koosta (ainakin tähtitieteellisten standardien mukaan) niiden alhaiseen kirkkauteen näkyvässä valossa.
Miksi ne ovat niin mielenkiintoisia?
Kaikki universumin esineet koostuvat tähdistä.aineita. Kaikki valaisimet eivät kuitenkaan syntetisoi samoja kemiallisia alkuaineita. Tavalliset tähdet ovat heliumin, hiilen ja muiden tuttujen valoelementtien tuotantolaitoksia.
Kuva: ESO
Raskaampien, kuten hopean, kullan ja platinan, luominen edellyttää neutronitähtien törmäystä.
Mitä kysymyksiä tiedemiehillä on neutronitähdistä?
Mittaa gravitaatioaallot, pienetkahden neutronitähden törmäyksestä johtuvat aika-avaruuden värähtelyt onnistuivat vasta vuonna 2017. Tuloksena olevan kuuman ja tiheän fuusiotuotteen koostumusta ei kuitenkaan tarkasti tunneta. Vielä on avoimia kysymyksiä esimerkiksi siitä, voivatko kvarkit, jotka muuten neutronien vangitsevat, ilmaantua vapaassa muodossa törmäyksen jälkeen. Selvittääkseen uuden tutkimuksen tekijät kehittivät uuden mallin.
Mitä tutkijat tekivät?
Osana uutta tutkimusta tutkijat laajensivatydinfysiikan mallit, jotka eivät sovellu suuriin tiheyksiin. Tätä varten he käyttivät menetelmää, jota käytetään merkkijonoteoriassa kuvaamaan siirtymistä tiheään ja kuumaan kvarkkiaineeseen.
Kvarkki on perushiukkanen ja perusaineaineen komponentti. Kvarkit yhdistyvät muodostaen yhdistelmähiukkasia, joita kutsutaan hadroneiksi, joista stabiileimpia ovat protonit ja neutronit, atomiydinkomponentit.
Kuva uudesta menetelmästä:tutkijat käyttävät viisiulotteisia mustia aukkoja (oikealla) vahvasti sidotun aineen vaihekaavion laskemiseen (keskellä). Tämä mahdollistaa neutronitähtien fuusioitumisen ja niistä aiheutuvien gravitaatioaaltojen simuloinnin (vasemmalla).
Luotto: Goethe University Frankfurt am Main
Tutkimuksen tekijät käyttivät matematiikkaamerkkijonoteoriasta löydetty suhde, eli viisiulotteisten mustien aukkojen ja voimakkaasti vuorovaikutuksessa olevan aineen välinen vastaavuus kuvaamaan faasisiirtymää tiheän ydinaineen ja kvarkkiaineen välillä.
Toisin sanoen fyysikot käyttivät viisiulotteisuuttamustia aukkoja vahvasti sidotun aineen vaihekaavion laskemiseksi. Tämä auttoi tutkijoita simuloimaan neutronitähtien sulautumista ja niistä aiheutuvia gravitaatioaaltoja.
Kvarkkiaine, joka koostuu u-ja d-kvarkit, erottuu erittäin korkeasta Fermi-energiasta verrattuna tavalliseen atomiaineeseen. Se on myös vakaa vain äärimmäisissä lämpötiloissa ja/tai paineissa. Tämä viittaa siihen, että vain neutronitähdet, joiden ydin on kvarkkiaine, voivat olla pysyviä kvarkkitähtiä.
Mitä he saivat selville?
Tiedemiehet ovat jo käyttäneet uutta malliatietokonemallinnuksessa. Joten he pystyivät laskemaan gravitaatioaaltojen signaalin näistä törmäyksistä ja osoittamaan, että neutronitähtien "kosmisen kohtaamisen" seurauksena voi ilmaantua sekä kuumaa että kylmää kvarkkiainetta.
Muista, että gravitaatioaallot ovat muutoksiagravitaatiokenttä, joka etenee aaltojen tavoin. Liikkuvat massat säteilevät niitä, mutta säteilyn jälkeen ne eroavat niistä ja ovat olemassa näistä massoista riippumatta. Matemaattisesti liittyy aika-avaruusmittareiden häiriöihin ja sitä voidaan kuvata "avaruus-ajan väreilyksi".
Mitä seuraavaksi?
Tulevaisuudessa tutkijat toivovat voivansa verrata malleja tuleviin avaruudesta mitattuihin gravitaatioaaltoihin ymmärtääkseen paremmin kvarkkimateriaalia neutronitähtien törmäyksissä.
Lue lisää:
Arkeologit ovat virallisesti vahvistaneet Raamatun legendat
Afroditen "papittaren" hauta löydettiin: tutkijat osoittivat, mitä he löysivät sieltä
Tutkijat ovat nähneet, mitä mayojen pääkaupungin alueella on. Löytö yllätti heidät.
Kansi: University of Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, Wikimedia Commonsin kautta