Studerer røntgenudbrud for at låse op for neutronstjerners hemmeligheder

En teoretiker i astrofysik ved University of Texas i Arlington leder et projekt for at studere de eksplosive fænomener med røntgenudbrud for bedre at forstå neutronstjerner.

Nevin Weinberg, lektor i fysik, vil lede studiet, med titlen "Spektral- og strålingshydrodynamiske modeller af fotosfærisk radiusudvidelsesrøntgenudbrud." Finansieret af et treårigt tilskud fra National Science Foundation's Division of Astronomical Sciences, projektet vil også involvere studerende fra UTA og fysikere fra University of Virginia.

En neutronstjerne dannes, når en massiv stjerne eksploderer i en supernova, og resterne kondenserer og kollapser på sig selv på grund af ekstrem kraftig gravitation. Dette materiale er pakket ind så tæt, at protoner og elektroner kombineres og danner neutroner - dermed navnet neutronstjerner.

Hvis neutronstjernen er i et binært system med en anden stjerne, den kan trække brint- eller heliumrigt materiale fra den anden stjerne, der så danner et tyndt lag på dens overflade. Når neutronstjernen når kritisk masse, dette lag antændes i en termonuklear eksplosion, opvarme hele overfladen af ​​neutronstjernen til titusinder af grader Kelvin og frigive et pludseligt udbrud af røntgenstråler.

Omkring 20 % af disse røntgenudbrud er fotosfæriske radiusekspansion (PRE) udbrud, hvor lysstyrken af ​​udbruddet er så høj, at strålingskræfter driver en optisk tyk vind, der løfter fotosfæren (den ydre skal, hvorfra lyset udstråles) fra neutronstjernens overflade.

"Bortset fra et sort hul, en neutronstjerne er den mest tætte, kompakt kendt stjerneobjekt, " sagde Weinberg. "Den har en masse, der er halvanden til to gange massen af ​​vores sol, men en radius på kun 10 kilometer, så det er ekstremt kompakt. Hvis du tog en teskefuld af dette materiale, det ville veje mere end en milliard tons.

Undersøgelsen vil bruge state-of-the-art numeriske simuleringsværktøjer til at give den mest sofistikerede simulering af PRE-røntgenudbrud til dato. Forskerne vil sammenligne deres resultater direkte med observationer fra teleskoper.

"Neutronstjerner er interessante objekter ikke kun for astrofysik, men for grundlæggende fysik, " sagde Weinberg. "Ved disse meget høje tætheder - tætheder højere end kernen i et atom - ved vi faktisk ikke, hvordan stof opfører sig."

Røntgenudbrud er blevet opdaget af teleskoper siden 1970'erne, men meget er stadig ukendt om dem.

"Det er her, vores projekt kommer ind. Vi vil forsøge at forbedre modellerne af røntgenudbrud, " sagde Weinberg. "Målet er at forstå dem bedre og at have en bedre overensstemmelse mellem modellerne og observationerne, som vil give os mulighed for at komme med mere præcise udsagn om den underliggende neutronstjerne, der understøtter eksplosionen."

Holdene fra UTA og University of Virginia vil studere fysikken i PRE X-ray bursts ved hjælp af en kombination af sofistikerede computermodeller. De forventede simuleringer vil give astronomer mulighed for bedre at forstå neutronstjerner, forbrændingsprocesserne under røntgenudbrud, og sammensætningen af ​​vinden udstødt under et udbrud.

Projektet vil give tre års finansiering til en kandidatstuderende i Weinbergs forskningsgruppe. Det vil også give ham mulighed for at vejlede studerende fra UTA's Louis Stokes Alliances for Minority Participation Summer Research Academy, som giver forskningsmuligheder for studerende fra grupper, der historisk er underrepræsenteret i STEM-uddannelser.

Alex Weiss, professor og formand for UTA Institut for Fysik, sagde Weinbergs projekt kunne give spændende ny indsigt i neutronstjernernes egenskaber.

"Computersimuleringerne af røntgenudbrud, der vil blive brugt i denne undersøgelse, sammen med observationer fra røntgenteleskoper, kunne give svar på nogle af de spørgsmål, vi har om neutronstjerner, " sagde Weiss.