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 LIGO) att 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.
