Wanneer een massieve ster sterft, zijn kerncontracten. Bij een supernova-explosie, de buitenste lagen van de ster worden verdreven, met achterlating van een ultracompacte neutronenster. Voor de eerste keer, de LIGO- en Virgo-observatoria hebben onlangs het samensmelten van twee neutronensterren kunnen observeren en de massa van de samensmeltende sterren kunnen meten. Samen, de neutronensterren hadden een massa van 2,74 zonsmassa's. Op basis van deze observatiegegevens een internationaal team van wetenschappers uit Duitsland, Griekenland, en Japan, waaronder HITS-astrofysicus Dr. Andreas Bauswein, is erin geslaagd de grootte van neutronensterren te verkleinen met behulp van computersimulaties. De berekeningen suggereren dat de straal van de neutronenster minimaal 10,7 km moet zijn. De resultaten van het internationale onderzoeksteam zijn gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven .

De ineenstorting als bewijs

Bij botsingen met neutronensterren, twee neutronensterren draaien om elkaar heen, uiteindelijk versmelten tot een ster met ongeveer tweemaal de massa van de afzonderlijke sterren. In deze kosmische gebeurtenis, zwaartekrachtsgolven - oscillaties van ruimtetijd - waarvan de signaalkenmerken gerelateerd zijn aan de massa van de sterren, worden uitgestoten. Deze gebeurtenis lijkt op wat er gebeurt als een steen in het water wordt gegooid en er golven op het wateroppervlak ontstaan. Hoe zwaarder de steen, hoe hoger de golven.

De wetenschappers simuleerden verschillende fusiescenario's voor de recent gemeten massa's om de straal van de neutronensterren te bepalen. Door dit te doen, ze vertrouwden op verschillende modellen en toestandsvergelijkingen die de exacte structuur van neutronensterren beschrijven. Vervolgens, het team van wetenschappers controleerde of de berekende fusiescenario's kloppen met de waarnemingen. De conclusie:Alle modellen die leiden tot de directe ineenstorting van het fusierest kunnen worden uitgesloten omdat een ineenstorting leidt tot de vorming van een zwart gat, waardoor er tijdens de botsing relatief weinig licht wordt uitgestraald. Echter, verschillende telescopen hebben een heldere lichtbron waargenomen op de plaats van de botsing van de sterren, die duidelijk bewijs levert tegen de hypothese van ineenstorting.

De resultaten sluiten daarmee een aantal modellen van neutronenstermaterie uit, namelijk alle modellen die een straal van een neutronenster kleiner dan 10,7 kilometer voorspellen. Echter, de interne structuur van neutronensterren is nog steeds niet helemaal begrepen. De stralen en structuur van neutronensterren zijn niet alleen van bijzonder belang voor astrofysici, maar ook voor kern- en deeltjesfysici, omdat de binnenstructuur van deze sterren de eigenschappen weerspiegelt van nucleaire materie met een hoge dichtheid die in elke atoomkern wordt aangetroffen.

Neutronensterren onthullen fundamentele eigenschappen van materie

Terwijl neutronensterren een iets grotere massa hebben dan onze zon, hun diameter is slechts een paar 10 km. Deze sterren bevatten dus een grote massa in een zeer kleine ruimte, wat leidt tot extreme omstandigheden in hun interieur. Onderzoekers onderzoeken deze interne omstandigheden al enkele decennia en zijn vooral geïnteresseerd in het beter verkleinen van de straal van deze sterren, omdat hun grootte afhangt van de onbekende eigenschappen van dichtheidsmaterie.

De nieuwe metingen en nieuwe berekeningen helpen theoretici de eigenschappen van materie met een hoge dichtheid in ons universum beter te begrijpen. De recent gepubliceerde studie vertegenwoordigt al een wetenschappelijke vooruitgang, aangezien het enkele theoretische modellen heeft uitgesloten, maar er zijn nog een aantal andere modellen met neutronensterstralen groter dan 10,7 km. Echter, de wetenschappers hebben kunnen aantonen dat verdere waarnemingen van fusies van neutronensterren deze metingen zullen blijven verbeteren. De LIGO en Virgo Observatoria zijn net begonnen met het nemen van metingen, en de gevoeligheid van de instrumenten zal de komende jaren blijven toenemen en nog betere waarnemingsgegevens opleveren. "We verwachten dat er binnenkort meer fusies van neutronensterren zullen worden waargenomen en dat de waarnemingsgegevens van deze gebeurtenissen meer zullen onthullen over de interne structuur van materie, HITS-wetenschapper Andreas Bauswein besluit.