Met uitzondering van zwarte gaten zijn neutronensterren de dichtste objecten in het heelal. Als volgt
Wat zijn neutronensterren?
Nadat massieve sterren hun brandstof hebben opgebranden exploderen als supernova's, kunnen extreem compacte objecten – neutronensterren – worden gevormd. Ze zijn ongewoon dicht. Een theelepel neutronenstermaterie zal dus ongeveer 112 miljoen ton op aarde wegen. Ze zijn echter erg klein: de gemiddelde neutronenster past binnen de grenzen van Londen. Maar de zon, de dichtstbijzijnde ster bij ons, kan meer dan een miljoen aardes bevatten.
Neutronensterren zijn klein van formaat, maar zeer compact. Een typische neutronenster vergeleken met Londen.
Image Credit & Copyright: Kolbjorn Skarpnes, NTNU
Om een dergelijke dichtheid te bereiken zou je een enorm lichaam als de zon moeten comprimeren tot de grootte van een stad als Frankfurt.
Tegenwoordig weten wetenschappers van het bestaan2.000 tot 3.000 neutronensterren in de Melkweg. Maar er wordt aangenomen dat er nog veel meer zijn. Ze zijn om vele redenen moeilijk te detecteren, van hun kleine formaat (althans volgens astronomische normen) tot hun lage helderheid in zichtbaar licht.
Waarom zijn ze zo interessant?
Alle objecten in het universum zijn opgebouwd uit sterren.stoffen. Niet alle armaturen synthetiseren echter dezelfde chemische elementen. Gewone sterren zijn fabrieken voor de productie van helium, koolstof en andere bekende lichtelementen.
Illustratie: ESO
Voor het ontstaan van zwaardere sterren, zoals zilver, goud en platina, is de botsing van neutronensterren nodig.
Welke vragen hebben wetenschappers over neutronensterren?
Meet zwaartekrachtgolven, kleinoscillaties van ruimte-tijd als gevolg van de botsing van twee neutronensterren werden pas in 2017 gerealiseerd. De samenstelling van het resulterende hete en dichte smeltproduct is echter niet precies bekend. Er zijn nog steeds open vragen, bijvoorbeeld of quarks, die anders door neutronen worden opgevangen, na een botsing in vrije vorm kunnen verschijnen. Om daarachter te komen, ontwikkelden de auteurs van de nieuwe studie een nieuw model.
Wat deden de onderzoekers?
Als onderdeel van de nieuwe studie breidden wetenschappers zich uitkernfysicamodellen die niet toepasbaar zijn bij hoge dichtheden. Hiervoor gebruikten ze een methode die in de snaartheorie wordt gebruikt om de overgang naar dichte en hete quarkmaterie te beschrijven.
Quark is een elementair deeltje en fundamenteelbestanddeel van de materie. Quarks vormen samen samengestelde deeltjes die hadronen worden genoemd. De meest stabiele daarvan zijn protonen en neutronen, componenten van atoomkernen.
Illustratie van de nieuwe methode:onderzoekers gebruiken vijfdimensionale zwarte gaten (rechts) om het fasediagram van sterk gebonden materie te berekenen (midden). Dit maakt het mogelijk om het samensmelten van neutronensterren en de daaruit voortvloeiende zwaartekrachtgolven te simuleren (links).
Krediet: Goethe Universiteit Frankfurt am Main
De auteurs van het onderzoek gebruikten wiskundeeen relatie gevonden in de snaartheorie, namelijk de correspondentie tussen vijfdimensionale zwarte gaten en sterk op elkaar inwerkende materie, om de faseovergang tussen dichte nucleaire materie en quarkmaterie te beschrijven.
Met andere woorden, natuurkundigen gebruikten vijfdimensionaalzwarte gaten om het fasediagram van sterk gebonden materie te berekenen. Dit hielp wetenschappers om de samensmelting van neutronensterren en de resulterende zwaartekrachtgolven te simuleren.
Quarkmaterie bestaande uit u-en d-quarks, onderscheidt zich door een zeer hoge Fermi-energie vergeleken met gewone atomaire materie. Ook is het alleen stabiel bij extreme temperaturen en/of druk. Dit suggereert dat alleen neutronensterren met een kern van quarkmaterie stabiele quarksterren kunnen zijn.
Wat zijn ze te weten gekomen?
Wetenschappers hebben het nieuwe model al gebruiktin computermodellering. Ze konden dus het signaal van zwaartekrachtgolven uit deze botsingen berekenen en aantonen dat als gevolg van de ‘kosmische ontmoeting’ van neutronensterren zowel hete als koude quarkmaterie kan verschijnen.
Bedenk dat zwaartekrachtgolven veranderingen zijnzwaartekrachtveld dat zich voortplant als golven. Ze worden uitgezonden door bewegende massa's, maar na straling worden ze ervan gescheiden en bestaan ze onafhankelijk van deze massa's. Wiskundig gerelateerd aan de verstoring van ruimte-tijd-metrieken en kan worden omschreven als “ruimte-tijd-rimpelingen”.
Wat is de volgende stap?
In de toekomst hopen wetenschappers de modellen te kunnen vergelijken met toekomstige zwaartekrachtgolven gemeten vanuit de ruimte om quarkmaterie bij botsingen tussen neutronensterren beter te begrijpen.
Lees verder:
Archeologen hebben de legendes uit de Bijbel officieel bevestigd
Het graf van de "priesteres" van Aphrodite werd gevonden: wetenschappers lieten zien wat ze daar vonden
Wetenschappers hebben gezien wat zich op het grondgebied van de Maya-hoofdstad bevindt. De vondst verraste hen.
Omslag: University of Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons