Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Neutronstjerner kaster lys på kvarkstof

Kunstnerens indtryk af sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner. Kredit:University of Warwick/Mark Garlick

Kvarkstof - en ekstremt tæt fase af stof, der består af subatomære partikler kaldet kvarker - kan eksistere i hjertet af neutronstjerner. Det kan også skabes for korte øjeblikke i partikelkolliderer på Jorden, såsom CERNs Large Hadron Collider. Men kvarkstoffets kollektive adfærd er ikke let at fastlægge. I et kollokvium i denne uge på CERN, Aleksi Kurkela fra CERNs Teoriafdeling og Universitetet i Stavanger, Norge, forklaret, hvordan neutronstjernedata har givet ham og hans kolleger mulighed for at sætte snævre grænser for den kollektive adfærd af denne ekstreme form for stof.

Kurkela og kolleger brugte en neutronstjerneegenskab udledt fra den første observation af LIGO og Jomfruens videnskabelige samarbejder af gravitationsbølger - krusninger i rumtidens struktur - udsendt ved sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner. Denne egenskab beskriver stivheden af ​​en stjerne som reaktion på spændinger forårsaget af tyngdekraften fra en ledsagerstjerne, og er teknisk kendt som tidevandsdeformerbarhed.

For at beskrive kvarkstoffets kollektive adfærd, fysikere anvender generelt tilstandsligninger, som relaterer trykket af en materietilstand til andre statsejendomme. Men de har endnu ikke fundet frem til en unik tilstandsligning for kvarkstof; de har kun udledt familier af sådanne ligninger. Ved at sætte tidevandsdeformerbarhedsværdier for neutronstjernerne observeret af LIGO og Jomfruen ind i en afledning af en familie af tilstandsligninger for neutronstjernekvarkstof, Kurkela og kolleger var i stand til dramatisk at reducere størrelsen af ​​denne ligningsfamilie. En sådan reduceret familie giver strengere grænser for kvarkstoffets kollektive egenskaber, og mere generelt om nukleart stof ved høj tæthed, end der tidligere var til rådighed.

Bevæbnet med disse resultater, forskerne vendte derefter problemet rundt og brugte kvarkstof-grænserne til at udlede neutronstjerneegenskaber. Ved at bruge denne tilgang, holdet opnåede forholdet mellem radius og masse af en neutronstjerne, og fandt ud af, at den maksimale radius af en neutronstjerne, der er 1,4 gange mere massiv end Solen, burde være mellem omkring 10 og 14 km.


Varme artikler