Google

Translate blog

tisdag 25 oktober 2022

Ett nytt instrument för att se in i Neutronstjärnor

 


En neutronstjärna är ett av flera möjliga slut för en stjärna. När en stjärna i slutet av sitt liv stöter bort sina yttre lager inträffar en gravitationskollaps då stjärnans kvarvarande inre delar imploderar. Om stjärnan är så stor att  massan som är kvar motsvarar 1,4–3 solmassor sker en supernova. Återstoden blir en neutronstjärna som består av tätt packade neutroner och utspridda rester från supernovan. En typisk neutronstjärna är endast cirka 20 km i diameter men har en massa motsvarande 1,4 – 3 solmassor. Detta innebär att neutronstjärnan har en densitet som är omkring 1 miljard ton per kubikcentimeter. Gravitationsfältet vid stjärnans yta är tvåhundra miljarder gånger starkare än på jorden. Ett fallande föremål skulle uppnå 6,5 miljoner km/h redan efter en meters fall.

Forskare vet inte exakt vad neutronstjärnor består av och att bestämma detta är ett mål för astrofysikforskningen.

En ny pusselbit som begränsar utbudet av möjligheter har upptäckts av ett par forskare vid IAS: Carolyn Raithel, John N. Bahcall Fellow vid School of Natural Sciences; och Elias Most, medlem i skolan och John A. Wheeler Fellow vid Princeton University. Deras arbete publicerades nyligen i The Astrophysical Journal Letters.

Om det varit möjligt skulle forskare velat se in i neutronstjärnan men de är för små och avlägsna för att avbildas med vanliga teleskop. Forskare förlitar sig istället på indirekta egenskaper som de har möjlighet att mäta - som massan och radien av en neutronstjärna. Radien för en neutronstjärna är mycket svår att mäta exakt. Ett lovande alternativ för framtida observationer är att istället använda en storhet som kallas "peak spectral frequency" (eller f2) i dess ställe. 

Vad som sker vid kollisioner mellan neutronstjärnor kan förstås utifrån lagarna i Einsteins relativitetsteori. Det leder till starka utbrott av gravitationsvågsemission. År 2017 mätte forskare sådana utsläpp för första gången. " Åtminstone i princip kan toppspektralfrekvensen beräknas från gravitationsvågsignalen som avges från den vacklande återstoden av två sammanslagna neutronstjärnor", säger Most.

Det var tidigare väntat att f2 skulle vara en rimlig proxy för radie, eftersom - fram till nu - forskare trodde att en direkt eller "kvasi-universell" korrespondens existerade mellan detta. Raithel och Most har dock visat att detta inte alltid är sant.

De har nu visat att denna bestämning inte är som att lösa ett enkelt hypotenusaproblem. Istället är det mer besläktat med att beräkna den längsta sidan av en oregelbunden triangel där man också behöver ett tredje slag av information: vinkeln mellan de två kortare sidorna. För Raithel och Most är denna tredje information "lutningen av massradierelationen", det som kodar information om EoS vid högre densiteter (och därmed mer extrema förhållanden) än radien ensam gör.

Denna nya insikt kommer att göra det möjligt för forskare som arbetar med nästa generations gravitationsvågsobservatorier(efterföljarna till den för närvarande verksamma LIGOatt bättre förstå de data som erhållits från sammanslagningar av neutronstjärnor. Enligt Raithel kan denna data avslöja de grundläggande beståndsdelarna i neutronstjärnans materia. "Vissa teoretiska förutsägelser tyder på att det inom neutronstjärnkärnorna kan ske fasövergångar  som löser upp  neutronerna i subatomära partiklar så kallade kvarkar", säger Raithel. – Det skulle innebära att stjärnorna innehåller ett hav av fritt kvarkmateria i sitt inre. Det framtida arbetet kan visa morgondagens forskare  om sådana fasövergångar faktiskt inträffar.

Bild vikipedia av en modell av hur en neutronstjärna ser ut.

Inga kommentarer: