Materie in de kernen van oude witte dwergen en de korsten van neutronensterren wordt door intense zwaartekracht samengeperst tot onvoorstelbare dichtheden. De wetenschappelijke gemeenschap gelooft dat deze materie is samengesteld uit Coulomb-kristallen die zich vormen bij temperaturen die mogelijk oplopen tot 100 miljoen Kelvin.

Denis A. Baiko en Andrew A. Kozhberov, onderzoekswetenschappers aan het Ioffe Institute in Sint-Petersburg, Rusland, verduidelijk de fysica van deze kristallen deze week in het tijdschrift Fysica van plasma's .

Een Coulomb-kristal vormt zich wanneer kale atoomkernen in een rooster worden uitgelijnd bij dichtheden en temperaturen waar de gemiddelde kinetische energie van ionen ongeveer 175 keer lager is dan de typische potentiële energie van Coulomb-krachten die afstotingen ertussen.

Deze studie is de eerste gelijktijdige analyse van de effecten van sterke magnetische velden en elektronenscreening op ionenbeweging in een Coulomb-kristal.

"Dit project is de meest gedetailleerde beschrijving van deze kristallen tot nu toe, "Zei Baiko. "Dit is vooral belangrijk in de astrofysica voor ons begrip van de evolutie van neutronensterren en witte dwergen."

Als een ster zijn voorraad waterstofgas uitput, het sterft en bezwijkt voor zijn eigen zwaartekracht. sterren, zoals onze zon, sterf en vorm witte dwergen, terwijl grotere sterren neutronensterren vormen. Baiko werd aangetrokken door een realistische beschrijving van de korstmaterie van neutronensterren, wat hem ertoe bracht Coulomb-kristallen te onderzoeken.

In de studie, de onderzoekers ontwikkelden een reeks berekeningen om de eigenschappen van fononen of trillingen in het rooster van Coulomb-kristallen te onderzoeken. Tijdens het experiment, kristallen van verschillende dichtheden werden ook blootgesteld aan een reeks temperaturen.

Het team begon met een ideaal Coulomb-kristal en een stapsgewijs toegevoegde complexiteit:een polariseerbare elektronenachtergrond, magnetisatie van ionenbeweging en verschillende roosterstructuren. Elk van deze effecten verandert de fononen op verschillende manieren. Volgens Baiko, deze berekeningen kunnen worden gebruikt om thermodynamisch te begrijpen, kinetische en elastische eigenschappen van Coulomb-kristallen in korsten van neutronensterren en witte dwergkernen.

In de toekomst, Baiko en zijn team willen de elektrische en thermische geleidbaarheid van elektronen berekenen als gevolg van inelastische elektron-fononverstrooiing in sterk gemagnetiseerde Coulomb-kristallen. Thermische geleidbaarheid bepaalt de snelheid waarmee warmte wordt getransporteerd van de hete kernen naar het oppervlak van sterren, terwijl elektrische geleidbaarheid vereist is om diffusie en drift van magnetische velden te begrijpen. Een dergelijke berekening zou het mogelijk maken om de thermische en magnetische geschiedenis van deze fascinerende stellaire objecten te reconstrueren.

"Het opwindende aan dit werk is dat je tegelijkertijd rekening kunt houden met verschillende verschillende fysieke effecten en nieuwe, verhelderende en relevante resultaten met vrij bescheiden middelen, "Zei Baiko. "Het is leuk."