Den maksimale masse af ikke-roterende neutronstjerne udledes præcist til at være 2,25 solmasser

En undersøgelse ledet af prof. Fan Yizhong fra Purple Mountain Observatory ved det kinesiske videnskabsakademi har opnået betydelig præcision ved at bestemme den øvre massegrænse for ikke-roterende neutronstjerner, et centralt aspekt i studiet af kernefysik og astrofysik.

Forskerne viste, at den maksimale gravitationsmasse for en ikke-roterende neutronstjerne er cirka 2,25 solmasser med en usikkerhed på kun 0,07 solmasse. Deres undersøgelse er offentliggjort i Physical Review D .

Den ultimative skæbne for en massiv stjerne er indviklet forbundet med dens masse. Stjerner, der er lettere end otte solmasser, afslutter deres livscyklus som hvide dværge, understøttet af elektrondegenerationstryk med en velkendt øvre massegrænse, Chandrasekhar-grænsen, tæt på 1,4 solmasser.

For stjerner, der er tungere end otte, men lettere end 25 solmasser, vil der blive produceret neutronstjerner, som i stedet hovedsageligt opretholdes af neutrondegenerationstryk. For ikke-roterende neutronstjerner er der også en kritisk gravitationsmasse (dvs. M_TOV ) kendt som Oppenheimer-grænsen, over hvilken neutronstjernen vil kollapse til et sort hul.

At etablere en præcis Oppenheimer-grænse er ret udfordrende. Kun løse grænser kan sættes ud fra det første princip. Mange specifikke evalueringer er stærkt modelafhængige. Den resulterende M_TOV er forskelligartede, og usikkerheden er stor.

Prof. Fans team har forfinet slutningen af ​​M_TOV ved at inkorporere robuste multi-messenger-observationer og pålidelige kernefysiske data, der omgår usikkerheden i tidligere modeller. Dette omfatter udnyttelse af de seneste fremskridt inden for masse/radiusmålinger fra LIGO/Virgo gravitationsbølgedetektorer og Neutronstjernen Interior Composition Explorer (NICER).

De inkorporerede især informationen om den maksimale masseafskæring udledt af neutronstjernemassefordelingen og indsnævrede parameterrummet betydeligt, hvilket førte til en hidtil uset præcision i den udledte M_TOV . Tre forskellige tilstandsligninger (EoS) rekonstruktionsmodeller blev brugt til at afbøde potentielle systematiske fejl, hvilket gav næsten identiske resultater for M_TOV og den tilsvarende radius, som er 11,9 km med en usikkerhed på 0,6 km i tre uafhængige EoS-rekonstruktionstilgange.

Den præcise evaluering af M_TOV har dybtgående implikationer for både kernefysik og astrofysik. Det indikerer en moderat stiv EoS for neutronstjernestof og antyder, at de kompakte objekter med masser i intervallet omkring 2,5 til 3,0 solmasser, detekteret af LIGO/Jomfruen, er mere tilbøjelige til at være de letteste sorte huller. Ydermere ville fusionsresterne af binære neutronstjernesystemer, der overstiger en samlet masse på omkring 2,76 solmasser, kollapse til sorte huller, mens lettere systemer ville resultere i dannelsen af ​​(supramassive) neutronstjerner.

Flere oplysninger: Yi-Zhong Fan et al., Maksimal gravitationsmasse MTOV=2,25−0,07+0,08M⊙ udledt med ca. 3 % præcision med multibudbringerdata for neutronstjerner, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.043052. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2309.12644

Journaloplysninger: Fysisk gennemgang D , arXiv

Leveret af Chinese Academy of Sciences