Ruimtewetenschappers van de Universiteit van Bath in het VK hebben een nieuwe manier gevonden om de interne structuur van neutronensterren te onderzoeken. geeft kernfysici een nieuw hulpmiddel voor het bestuderen van de structuren waaruit materie bestaat op atomair niveau.

Neutronensterren zijn dode sterren die door de zwaartekracht zijn samengeperst tot de grootte van kleine steden. Ze bevatten de meest extreme materie in het heelal, wat betekent dat ze de dichtste objecten zijn die er bestaan ​​(ter vergelijking, als de aarde zou worden samengedrukt tot de dichtheid van een neutronenster, het zou maar een paar honderd meter in doorsnee zijn, en alle mensen zouden in een theelepel passen). Dit maakt neutronensterren tot unieke natuurlijke laboratoria voor kernfysici, wiens begrip van de kracht die subatomaire deeltjes bindt, beperkt is tot hun werk op aan de aarde gebonden atoomkernen. Bestuderen hoe deze kracht zich onder extremere omstandigheden gedraagt, biedt een manier om hun kennis te verdiepen.

Stap in astrofysici, die naar verre sterrenstelsels kijken om de mysteries van de natuurkunde te ontrafelen.

In een studie beschreven in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , Bath-astrofysici hebben ontdekt dat de actie van twee neutronensterren die steeds sneller bewegen terwijl ze spiraalsgewijs naar een gewelddadige botsing gaan, een aanwijzing geeft voor de samenstelling van het materiaal van neutronensterren. Uit deze informatie, kernfysici zullen in een sterkere positie zijn om de krachten te berekenen die de structuur van alle materie bepalen.

Resonantie

Het is door het fenomeen resonantie dat het Bath-team zijn ontdekking heeft gedaan. Resonantie treedt op wanneer kracht wordt uitgeoefend op een object met zijn eigen frequentie, het genereren van een grote, vaak catastrofaal, vibrerende beweging. Een bekend voorbeeld van resonantie wordt gevonden wanneer een operazanger een glas verbrijzelt door luid genoeg te zingen op een frequentie die overeenkomt met de oscillatiemodi van het glas.

Wanneer een paar spiraalsgewijs bewegende neutronensterren een staat van resonantie bereiken, hun stevige korst - waarvan wordt gedacht dat deze 10 miljard keer sterker is dan staal - verbrijzelt. Dit resulteert in het vrijkomen van een heldere uitbarsting van gammastraling (een zogenaamde Resonant Shattering Flare) die door satellieten kan worden gezien. De in-spiraalvormige sterren geven ook zwaartekrachtsgolven af ​​die kunnen worden gedetecteerd door instrumenten op aarde. De Bath-onderzoekers ontdekten dat door zowel de flare als het zwaartekrachtgolfsignaal te meten, ze kunnen de 'symmetrie-energie' van de neutronenster berekenen.

Symmetrie-energie is een van de eigenschappen van nucleaire materie. Het regelt de verhouding van de subatomaire deeltjes (protonen en neutronen) die een kern vormen, en hoe deze verhouding verandert bij blootstelling aan de extreme dichtheden die in neutronensterren worden aangetroffen. Een aflezing voor symmetrie-energie zou daarom een ​​sterke indicatie geven van de samenstelling van neutronensterren, en bij uitbreiding, de processen waarmee alle protonen en neutronen koppelen, en de krachten die de structuur van alle materie bepalen.

De onderzoekers benadrukken dat metingen verkregen door het bestuderen van de resonantie van neutronensterren met behulp van een combinatie van gammastraling en zwaartekrachtgolven complementair zouden zijn aan, in plaats van een vervanging voor, de laboratoriumexperimenten van kernfysici.

"Door neutronensterren te bestuderen, en de catastrofale laatste bewegingen van deze massieve objecten, we kunnen iets begrijpen over de kleine, kleine kernen die extreem dichte materie vormen, "Zei Bath-astrofysicus Dr. David Tsang. "Het enorme verschil in schaal maakt dit fascinerend."

Astrofysica Ph.D. student Duncan Neill, die het onderzoek leidde, toegevoegd:"Ik vind het leuk dat dit werk naar hetzelfde kijkt dat wordt bestudeerd door kernfysici. Ze kijken naar kleine deeltjes en wij astrofysici kijken naar objecten en gebeurtenissen van vele miljoenen lichtjaren verwijderd. We kijken naar hetzelfde in een volledig andere manier."

Dr. Will Newton, astrofysicus aan de Texas A&M University-Commerce en projectmedewerker, zei:"Hoewel de kracht bekend is die quarks in neutronen en protonen bindt, hoe het eigenlijk werkt als grote aantallen neutronen en protonen samenkomen, is niet goed begrepen. De zoektocht om dit begrip te verbeteren wordt ondersteund door experimentele kernfysische gegevens, maar alle kernen die we op aarde onderzoeken, hebben vergelijkbare aantallen neutronen en protonen die met ongeveer dezelfde dichtheid aan elkaar zijn gebonden.

"Bij neutronensterren, de natuur biedt ons een heel andere omgeving om kernfysica te onderzoeken:materie die voornamelijk uit neutronen bestaat en een breed scala aan dichtheden omvat, tot ongeveer tien keer de dichtheid van atoomkernen. In deze krant, we laten zien hoe we een bepaalde eigenschap van deze materie - de symmetrie-energie - kunnen meten vanaf afstanden van honderden miljoenen lichtjaren verwijderd. Dit kan licht werpen op de fundamentele werking van kernen."