science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Multi-messenger-astronomie biedt nieuwe schattingen van de grootte van neutronensterren en de uitdijing van het universum

Botsing van twee neutronensterren die de emissies van elektromagnetische en zwaartekrachtgolven tijdens het fusieproces laten zien. De gecombineerde interpretatie van meerdere boodschappers stelt astrofysici in staat de interne samenstelling van neutronensterren te begrijpen en de eigenschappen van materie te onthullen onder de meest extreme omstandigheden in het universum. Krediet:Tim Dietrich

Een combinatie van astrofysische metingen heeft onderzoekers in staat gesteld nieuwe beperkingen op te leggen aan de straal van een typische neutronenster en een nieuwe berekening te maken van de Hubble-constante die de snelheid aangeeft waarmee het universum uitdijt.

"We hebben signalen bestudeerd die uit verschillende bronnen kwamen, bijvoorbeeld recent waargenomen samensmeltingen van neutronensterren, " zei Ingo Tews, een theoreticus in kern- en deeltjesfysica, Astrofysica en Kosmologie groep bij Los Alamos National Laboratory, die met een internationale samenwerking van onderzoekers werkte aan de analyse die in het tijdschrift zou verschijnen Wetenschap op 18 december. "We hebben gezamenlijk zwaartekrachtgolfsignalen en elektromagnetische emissies van de fusies geanalyseerd, en combineerde ze met eerdere massametingen van pulsars of recente resultaten van NASA's Neutron Star Interior Composition Explorer. We vinden dat de straal van een typische neutronenster ongeveer 11,75 kilometer is en dat de Hubble-constante ongeveer 66,2 kilometer per seconde per megaparsec is."

Het combineren van signalen om inzicht te krijgen in verre astrofysische fenomenen staat in het veld bekend als multi-messenger astronomie. In dit geval, de multi-messenger-analyse van de onderzoekers stelde hen in staat om de onzekerheid van hun schatting van de straal van neutronensterren te beperken tot binnen 800 meter.

Numerieke relativiteitssimulatie van de laatste paar milliseconden van twee inspirerende en samensmeltende neutronensterren. Hogere dichtheden worden weergegeven in blauw, lagere dichtheden worden weergegeven in cyaan. Het laatste zwarte gat wordt grijs weergegeven. Credits:T. Dietrich (Universiteit van Potsdam), S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Instituut voor Gravitatiefysica)

Hun nieuwe benadering van het meten van de Hubble-constante draagt ​​bij aan een debat dat is ontstaan ​​uit andere, concurrerende bepalingen van de uitdijing van het heelal. Metingen op basis van waarnemingen van exploderende sterren die bekend staan ​​als supernova's staan ​​momenteel op gespannen voet met die van het kijken naar de kosmische microgolfachtergrond (CMB), wat in wezen de overgebleven energie is van de oerknal. De onzekerheden in de nieuwe multimessenger Hubble-berekening zijn te groot om het meningsverschil definitief op te lossen, maar de meting ondersteunt de CMB-benadering iets meer.

De primaire wetenschappelijke rol van Tews in het onderzoek was het leveren van de input van nucleaire theorieberekeningen die het startpunt van de analyse vormen. Zijn zeven medewerkers aan het papier vormen een internationaal team van wetenschappers uit Duitsland, Nederland, Zweden, Frankrijk, en de Verenigde Staten.

Een combinatie van astrofysische metingen heeft onderzoekers in staat gesteld nieuwe beperkingen op te leggen aan de straal van een typische neutronenster en een nieuwe berekening te maken van de Hubble-constante die de snelheid aangeeft waarmee het universum uitdijt.

Artistieke impressie van twee inspirerende neutronensterren kort voor hun botsing. Krediet:Nicals Moldenhauer

"We hebben signalen bestudeerd die uit verschillende bronnen kwamen, bijvoorbeeld recent waargenomen samensmeltingen van neutronensterren, " zei Ingo Tews, een theoreticus in kern- en deeltjesfysica, Astrofysica en Kosmologie groep bij Los Alamos National Laboratory, die met een internationale samenwerking van onderzoekers werkte aan de analyse die op 18 december in het tijdschrift Science zal verschijnen. "We hebben gezamenlijk zwaartekrachtgolfsignalen en elektromagnetische emissies van de fusies geanalyseerd, en combineerde ze met eerdere massametingen van pulsars of recente resultaten van NASA's Neutron Star Interior Composition Explorer. We vinden dat de straal van een typische neutronenster ongeveer 11,75 kilometer is en dat de Hubble-constante ongeveer 66,2 kilometer per seconde per megaparsec is."

Het combineren van signalen om inzicht te krijgen in verre astrofysische fenomenen staat in het veld bekend als multi-messenger astronomie. In dit geval, de multi-messenger-analyse van de onderzoekers stelde hen in staat om de onzekerheid van hun schatting van de straal van neutronensterren te beperken tot binnen 800 meter.

Hun nieuwe benadering van het meten van de Hubble-constante draagt ​​bij aan een debat dat is ontstaan ​​uit andere, concurrerende bepalingen van de uitdijing van het heelal. Metingen op basis van waarnemingen van exploderende sterren die bekend staan ​​als supernova's staan ​​momenteel op gespannen voet met die van het kijken naar de kosmische microgolfachtergrond (CMB), wat in wezen de overgebleven energie is van de oerknal. De onzekerheden in de nieuwe multimessenger Hubble-berekening zijn te groot om het meningsverschil definitief op te lossen, maar de meting ondersteunt de CMB-benadering iets meer.

De primaire wetenschappelijke rol van Tews in het onderzoek was het leveren van de input van nucleaire theorieberekeningen die het startpunt van de analyse vormen. Zijn zeven medewerkers aan het papier vormen een internationaal team van wetenschappers uit Duitsland, Nederland, Zweden, Frankrijk, en de Verenigde Staten.