Botsingen tussen neutronensterren zijn fascinerende kosmische gebeurtenissen die leiden tot de vorming van talrijke chemische elementen. De temperaturen tijdens deze botsingen zijn exponentieel hoog, typisch tot honderden miljarden graden Celsius.

De HADES-samenwerking, een groot team van onderzoekers die aan verschillende universiteiten wereldwijd werken, heeft onlangs de allereerste meting verzameld van de thermische elektromagnetische straling die wordt geproduceerd tijdens sterbotsingen, bekend als zwartlichaamstraling, in een laboratoriumomgeving. hun studie, geschetst in een paper gepubliceerd in Natuurfysica , heeft geleid tot de waarneming van temperaturen van ongeveer 800 miljard graden Celsius, die vergelijkbaar zijn met die tijdens botsingen tussen sterren.

"In onze studie we sloegen kernen (bijvoorbeeld gouden kernen) tegen relativistische energieën frontaal in, "Joachim Stroth, woordvoerder van de HADES-samenwerking, vertelde Phys.org. "Dit produceert vormen van materie onder omstandigheden die normaal niet bestaan. Alleen neutronensterren bereiken zulke dichtheden (of zelfs hoger) en wanneer neutronensterren samensmelten, hun temperatuur kan zo hoog worden als in ons experiment. Daarom kunnen we in het laboratorium een ​​kosmische materie vormen."

In hun studie hebben Stroth en zijn collega's gebruikten het HADES-detectorsysteem in het GSI/FAIR-versnellercentrum in Darmstadt om nieuw inzicht te krijgen in de botsingen van twee zware kernen bij relativistische energieën. Hierdoor konden ze diepgaande laboratoriumobservaties verzamelen van de microscopische eigenschappen van extreme, kosmisch-achtige toestanden van materie.

De onderzoekers creëerden specifiek kwantumchromodynamica (QCD) materie als een voorbijgaande toestand door zware ionen te laten botsen bij relativistische energieën. Dit soort materie kan in verschillende fasen voorkomen, afhankelijk van een reeks factoren, inclusief temperatuur, druk en baryochemische potentiaal.

Door de toestanden van QCD-materie te observeren, de onderzoekers hoopten een beter begrip te krijgen van de materie en botsingen van neuronensterren. Een belangrijke vraag die ze wilden onderzoeken, was of de bestanddelen van kernen, die in wezen de bouwstenen van materie zijn, kunnen onder extreme omstandigheden hun eigenschappen veranderen.

"We hebben de elektromagnetische straling gemeten die daardoor wordt uitgezonden door de vuurballen die bij de botsing zijn gevormd, Stroth legde uit. Deze straling kan ons veel vertellen over de eigenschappen van de bestanddelen. dit is een moeilijke meting om te bereiken, omdat de vuurballen heel kort leven (10 ^-22 s) en de straling wordt zelden uitgezonden."

Hadronen zijn samengestelde deeltjes gemaakt van drie quarks (baryon) van een antiquark en een quark (meson) die bij elkaar worden gehouden door de sterke kracht. Wanneer deze deeltjes vervallen, ze produceren soms virtuele fotonen, dat zijn fotonen die niet direct kunnen worden gedetecteerd omdat hun bestaan ​​het behoud van energie en momentum schendt.

Deze virtuele fotonen, die alle informatie bevatten over de vervallen subatomaire deeltjes, ook onmiddellijk vervallen in elektronenparen (d.w.z. een elektron en een positron). In hun studie hebben Stroth en zijn collega's hebben deze deeltjes gedetecteerd met behulp van een spectrometer.

"We hebben waargenomen dat de temperatuur in de botsingszone 800 miljard graden kan bereiken en de dichtheid kan oplopen tot drie keer de nucleaire verzadigingsdichtheid, "Zei Stroth. "We ontdekken dat onder dergelijke omstandigheden de bouwstenen van materie aanzienlijk worden gewijzigd. Dit betekent ook dat de eigenschappen van de materie veel verschillen, alsof de bouwstenen gewoon hun eigenschappen behouden."

De HADES-samenwerking is het eerste onderzoeksteam dat met succes temperaturen meet die vergelijkbaar zijn met die tijdens sterbotsingen in een laboratoriumomgeving. De bevindingen van dit team kunnen het huidige wetenschappelijke begrip van fusiegebeurtenissen van neutronensterren aanzienlijk verbeteren, terwijl het ook licht werpt op de productie van materie uit elementaire quarks en gluonen.

"We bouwen momenteel een vervolgexperiment voor HADES dat vanaf 2025 in de nieuwe FAIR-faciliteit zal worden geëxploiteerd, "Zei Stroth. "Met deze detector kunnen we de metingen uitbreiden naar hogere temperaturen en dichtheid."

© 2019 Wetenschap X Netwerk