Een theoreticus in astrofysica aan de Universiteit van Texas in Arlington leidt een project om de explosieve verschijnselen van röntgenuitbarstingen te bestuderen om neutronensterren beter te begrijpen.

Nevin Weinberg, universitair hoofddocent natuurkunde, zal de studie leiden, getiteld "Spectral and Radiation Hydrodynamic Models of Photospheric Radius Expansion X-ray Bursts." Gefinancierd door een driejarige subsidie ​​van de afdeling Astronomische Wetenschappen van de National Science Foundation, bij het project zullen ook studenten van UTA en natuurkundigen van de Universiteit van Virginia betrokken zijn.

Een neutronenster wordt gevormd wanneer een massieve ster explodeert in een supernova en de overblijfselen condenseren en op zichzelf instorten als gevolg van extreem krachtige zwaartekracht. Dit materiaal is zo dicht opeengepakt dat protonen en elektronen samen neutronen vormen - vandaar de naam neutronensterren.

Als de neutronenster in een binair systeem staat met een andere ster, het kan waterstof- of heliumrijk materiaal van de andere ster trekken, dat vervolgens een dunne laag op het oppervlak vormt. Zodra de neutronenster de kritische massa bereikt, deze laag ontbrandt in een thermonucleaire explosie, het hele oppervlak van de neutronenster verhitten tot tientallen miljoenen graden Kelvin en een plotselinge uitbarsting van röntgenstralen vrijgeven.

Ongeveer 20% van deze röntgenuitbarstingen zijn fotosferische radiusexpansie (PRE) bursts, waarin de helderheid van de burst zo hoog is dat stralingskrachten een optisch dikke wind aandrijven die de fotosfeer (de buitenste schil waaruit licht wordt uitgestraald) van het oppervlak van de neutronenster tilt.

"Behalve een zwart gat, een neutronenster is de meest dichte, compact bekend stellair object, Weinberg zei. "Het heeft een massa die anderhalf tot twee keer de massa van onze zon is, maar een straal van slechts 10 kilometer, dus hij is extreem compact. Als je een theelepel van dit materiaal hebt genomen, het zou meer dan een miljard ton wegen.

De studie zal gebruik maken van de modernste numerieke simulatietools om de meest geavanceerde simulatie van PRE-röntgenuitbarstingen tot nu toe te bieden. De onderzoekers gaan hun resultaten direct vergelijken met waarnemingen van telescopen.

"Neutronensterren zijn niet alleen interessante objecten voor astrofysica, maar voor de fundamentele fysica, Weinberg zei. "Bij deze zeer hoge dichtheden - dichtheden hoger dan de kern van een atoom - weten we eigenlijk niet hoe materie zich gedraagt."

Röntgenuitbarstingen worden sinds de jaren zeventig door telescopen gedetecteerd, maar er is nog veel onbekend over hen.

"Dit is waar ons project van pas komt. We gaan proberen de modellen van röntgenstralen te verbeteren, "Weinberg zei. "Het doel is om ze beter te begrijpen en om een ​​betere overeenkomst te hebben tussen de modellen en de waarnemingen, waardoor we preciezere uitspraken kunnen doen over de onderliggende neutronenster die de burst ondersteunt."

De teams van UTA en de Universiteit van Virginia zullen de fysica van PRE-röntgenuitbarstingen bestuderen met behulp van een combinatie van geavanceerde computermodellen. De verwachte simulaties zullen astronomen in staat stellen neutronensterren beter te begrijpen, de verbrandingsprocessen tijdens röntgenuitbarstingen, en de samenstelling van de wind die tijdens een uitbarsting wordt uitgestoten.

Het project voorziet in drie jaar financiering voor een afgestudeerde student in de onderzoeksgroep van Weinberg. Het stelt hem ook in staat om studenten van de Louis Stokes Alliances for Minority Participation Summer Research Academy van UTA te begeleiden, die onderzoeksmogelijkheden biedt voor studenten uit groepen die historisch ondervertegenwoordigd zijn in het STEM-onderwijs.

Alex Weiss, hoogleraar en voorzitter van het UTA Department of Physics, zei dat het project van Weinberg opwindende nieuwe inzichten zou kunnen opleveren in de eigenschappen van neutronensterren.

"De computersimulaties van röntgenstralen die in deze studie zullen worden gebruikt, samen met waarnemingen van röntgentelescopen, kan antwoorden geven op enkele van de vragen die we hebben over neutronensterren, ' zei Weis.