Neutronstjärnor är de tätaste föremålen i universum, större än solen i massa, men kondenserade till en relativt liten sfär.
Hur stora är neutronstjärnor? Tidigare uppskattningar av radien varierade från åtta till sexton kilometer. Astrofysiker vid Goethe-universitetet i Frankfurt (Tyskland) kunde bestämma storleken på neutronstjärnor inom 1,5 kilometer med hjälp av ett sofistikerat statistiskt tillvägagångssätt baserat på mätning av gravitationella vågor. Forskarnas rapport presenteras i Physical Review Letters.
Neutronstjärnor är de tätaste objekten i universum, med en massa större än solen, men kondenserade till en relativt liten sfär. Under mer än 40 år har dimensionering av neutronstjärnor varit kärnfysikens heliga gral, vars upptäckt kommer att ge viktig information om det grundläggande beteendet hos kärnkraftsdensiteter.
Data om detektering av gravitationella vågor från en sammanslagning av neutronstjärnor (GW170817) är ett viktigt bidrag för att lösa detta problem. I slutet av 2017 använde professor Luciano Rezzolla tillsammans med sina elever Elias Most och Lucas Weich dem redan för att svara på en långvarig fråga om den maximala massa som neutronstjärnor kan ha innan de kollapsar i ett svart hål. Efter det första viktiga resultatet började samma team med hjälp av professor Jurgen Schaffner-Belich sätta strängare gränser för neutronstjärnornas storlek.
En konstnärlig framställning av kollisionen med neutronstjärnor som genererade gravitationsvågor. Kredit: Carnegie Institution for Science.
Slutsatsen är att tillståndsekvationen som beskriver materien inuti neutronstjärnor är okänd. Fysiker har valt statistiska metoder för att bestämma storleken på neutronstjärnor inom smala gränser. De beräknade över två miljarder teoretiska modeller genom att lösa Einstein-ekvationen för dem och kombinerade denna stora dataset med begränsningarna för GW170817: s detektering av gravitationsvågor.
Som ett resultat bestämde forskarna radien för en typisk neutronstjärna inom en skillnad på 1,5 kilometer: den sträcker sig från 12 till 13,5 kilometer, vilket kan förfinas ytterligare genom framtida upptäckter av gravitationella vågor.
"Problemet kan dock ha haft mer än en lösning", kommenterar Jurgen Schaffner-Belich. Det är möjligt att substansen vid ultrahöga densiteter dramatiskt ändrar dess egenskaper och närmar sig den så kallade "fasövergången". Detta liknar vad som händer med vatten när det fryser och går från vätska till fast ämne. När det gäller neutronstjärnor omvandlar denna övergång förmodligen vanlig materia till "kvark" -materia, vilket skapar stjärnor som kommer att ha samma massa som deras "tvilling", neutronstjärnan, men mycket mindre och därför ännu mer kompakt.
Kampanjvideo:
Även om det inte finns några bevis för deras existens, kan de vara en rimlig lösning, och forskarna i Frankfurt tog hänsyn till denna möjlighet trots ytterligare komplikationer. Ansträngningen gav resultat: tvillingstjärnorna var statistiskt osannolika. Detta är ett viktigt resultat som nu gör det möjligt för forskare att potentiellt utesluta förekomsten av dessa mycket kompakta föremål. Framtida observationer av gravitationsvågor kommer att avslöja om neutronstjärnor har exotiska tvillingar.
