Neutronensterren bestaan ​​uit de dichtste vorm van materie die we kennen:een neutronenster ter grootte van Los Angeles kan twee keer zoveel wegen als onze zon. Astrofysici begrijpen niet helemaal hoe materie zich gedraagt ​​onder deze verpletterende dichtheden, laat staan ​​wat er gebeurt als twee neutronensterren op elkaar botsen of wanneer een massieve ster explodeert, het creëren van een neutronenster.

Een hulpmiddel dat wetenschappers gebruiken om deze krachtige verschijnselen te modelleren, is de 'staatsvergelijking'. Losjes, de toestandsvergelijking beschrijft hoe materie zich gedraagt ​​onder verschillende dichtheden en temperaturen. De temperaturen en dichtheden die optreden tijdens deze extreme gebeurtenissen kunnen sterk variëren, en vreemd gedrag kan ontstaan; bijvoorbeeld, protonen en neutronen kunnen zichzelf rangschikken in complexe vormen die bekend staan ​​als nucleaire "pasta".

Maar, tot nu, er waren slechts ongeveer 20 toestandsvergelijkingen beschikbaar voor simulaties van astrofysische verschijnselen. Caltech postdoctoraal wetenschapper in theoretische astrofysica Andre da Silva Schneider besloot dit probleem aan te pakken met behulp van computercodes. In de afgelopen drie jaar, hij heeft open-sourcesoftware ontwikkeld waarmee astrofysici hun eigen staatsvergelijkingen kunnen genereren. In een nieuw artikel in het tijdschrift Physical Review C, hij en zijn collega's beschrijven de code en demonstreren hoe deze werkt door supernova's van sterren te simuleren die 15 en 40 keer de massa van de zon zijn.

Het onderzoek heeft onmiddellijke toepassingen voor onderzoekers die neutronensterren bestuderen, inclusief degenen die gegevens analyseren van het Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory van de National Science Foundation, of LIGO, die de eerste waarneming van rimpelingen in ruimte en tijd deed, bekend als zwaartekrachtsgolven, van een neutronensterbotsing, in 2017. Die gebeurtenis werd ook bijgewoond door een groep telescopen over de hele wereld, die lichtgolven van dezelfde gebeurtenis ving.

"De toestandsvergelijkingen helpen astrofysici om de uitkomst van neutronensterfusies te bestuderen - ze geven aan of een neutronenster 'zacht' of 'stijf' is, ' die op zijn beurt bepaalt of er een zwaardere neutronenster of een zwart gat ontstaat uit de botsing, ", zegt da Silva Schneider. "Hoe meer waarnemingen we hebben van LIGO en andere op licht gebaseerde telescopen, hoe meer we de toestandsvergelijking kunnen verfijnen - en onze software kunnen updaten zodat astrofysici nieuwe en meer realistische vergelijkingen kunnen genereren voor toekomstige studies."

Meer gedetailleerde informatie is te vinden in de Fysieke beoordeling C studie, getiteld "Open-source nucleaire vergelijking van staatskader op basis van het vloeistofdruppelmodel met Skyrme-interactie."