Neutronstjerner er de tætteste objekter i universet, større end solen i masse, men kondenseret til en relativt lille kugle.
Hvor store er neutronstjerner? Tidligere skøn over radius varierede fra otte til seksten kilometer. Astrofysikere ved Goethe-universitetet i Frankfurt (Tyskland) har været i stand til at bestemme størrelsen af neutronstjerner inden for 1,5 kilometer ved hjælp af en sofistikeret statistisk tilgang baseret på måling af tyngdekraftsbølger. Forskernes rapport er præsenteret i Physical Review Letters.
Neutronstjerner er de tætteste objekter i universet, med en masse større end solen, men kondenseret til en relativt lille kugle. I mere end 40 år har dimensionering af neutronstjerner været den nukleare fysiks hellige gral, hvis opdagelse vil give vigtig information om den grundlæggende opførsel af nukleare densiteter.
Data om påvisning af tyngdekraftsbølger fra en sammensmeltning af neutronstjerner (GW170817) yder et vigtigt bidrag til at løse dette gåde. I slutningen af 2017 brugte professor Luciano Rezzolla sammen med sine studerende Elias Most og Lucas Weich dem allerede til at besvare et langvarigt spørgsmål om den maksimale masse, som neutronstjerner kan have, før de kollapser i et sort hul. Efter det første vigtige resultat satte det samme team sig med hjælp fra professor Jurgen Schaffner-Belich til at sætte strengere grænser for størrelsen af neutronstjerner.
En kunstnerisk repræsentation af kollisionen med neutronstjerner, der genererede gravitationsbølger. Kredit: Carnegie Institution for Science.
Bundlinjen er, at tilstandsligningen, der beskriver sagen inde i neutronstjerner, er ukendt. Fysikere har valgt statistiske metoder til at bestemme størrelsen af neutronstjerner inden for snævre grænser. De beregnede over to milliarder teoretiske modeller ved at løse Einstein-ligningen for dem og kombinerede dette store datasæt med begrænsningerne i GW170817's detektion af tyngdebølger.
Som et resultat bestemte forskerne radius for en typisk neutronstjer inden for en forskel på 1,5 kilometer: den spænder fra 12 til 13,5 kilometer, som kan forbedres yderligere ved fremtidige påvisninger af tyngdebølger.
”Problemet kunne dog have haft mere end én løsning,” kommenterer Jurgen Schaffner-Belich. Det er muligt, at stoffet ved ultrahøje densiteter dramatisk ændrer dets egenskaber og nærmer sig den såkaldte "faseovergang". Dette svarer til hvad der sker med vand, når det fryser og går fra væske til fast stof. I tilfælde af neutronstjerner omdanner denne overgang formodentlig almindeligt stof til "kvark" -materiale, hvilket skaber stjerner, der vil have den samme masse som deres "tvilling", neutronstjernen, men meget mindre og derfor endnu mere kompakt.
Salgsfremmende video:
Selvom der ikke er noget bevis for deres eksistens, kan de være en sandsynlig løsning, og Frankfurt-forskerne tog denne mulighed i betragtning på trods af yderligere komplikationer. Indsatsen betalte sig: tvillingestjernerne var statistisk usandsynlige. Dette er et vigtigt fund, der nu tillader forskere potentielt at udelukke eksistensen af disse meget kompakte objekter. Fremtidige observationer af tyngdebølger vil afsløre, om neutronstjerner har eksotiske tvillinger.
