Ny indsigt i neutronstjernestof

Et internationalt forskerhold har for første gang kombineret data fra tung-ion-eksperimenter, gravitationsbølgemålinger og andre astronomiske observationer ved hjælp af avanceret teoretisk modellering for mere præcist at begrænse egenskaberne af nukleart stof, som det kan findes i neutronstjernernes indre. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Nature .

I hele universet fødes neutronstjerner i supernovaeksplosioner, der markerer afslutningen på massive stjerners liv. Nogle gange er neutronstjerner bundet i binære systemer og vil til sidst kollidere med hinanden. Disse højenergiske, astrofysiske fænomener har så ekstreme forhold, at de producerer de fleste af de tunge grundstoffer, såsom sølv og guld. Følgelig er neutronstjerner og deres kollisioner unikke laboratorier til at studere stofs egenskaber ved tætheder langt ud over tæthederne inde i atomkerner. Tunge-ion-kollisionseksperimenter udført med partikelacceleratorer er en komplementær måde at producere og sondere stof ved høj tæthed og under ekstreme forhold.

Ny indsigt i de grundlæggende interaktioner, der er på spil i nukleart stof

"At kombinere viden fra atomteori, atomeksperiment og astrofysiske observationer er afgørende for at kaste lys over egenskaberne af neutronrigt stof over hele tæthedsområdet, der undersøges i neutronstjerner," siger Sabrina Huth, Institut for Nuklear Fysik ved Darmstadt Tekniske Universitet. som er en af ​​publikationens hovedforfattere. Peter T. H. Pang, en anden hovedforfatter fra Institute for Gravitational and Subatomic Physics (GRASP), Utrecht University, tilføjede:"Vi finder, at begrænsninger fra kollisioner af guldioner med partikelacceleratorer viser en bemærkelsesværdig overensstemmelse med astrofysiske observationer, selvom de er opnået med helt andre metoder."

Nylige fremskridt inden for multi-messenger astronomi gjorde det muligt for det internationale forskerhold, der involverede forskere fra Tyskland, Holland, USA og Sverige, at få ny indsigt i de grundlæggende vekselvirkninger, der er på spil i nukleart stof. I en tværfaglig indsats inkluderede forskerne information opnået i tung-ion-kollisioner i en ramme, der kombinerer astronomiske observationer af elektromagnetiske signaler, målinger af gravitationsbølger og højtydende astrofysiske beregninger med teoretiske kernefysiske beregninger. Deres systematiske undersøgelse kombinerer alle disse individuelle discipliner for første gang, hvilket peger på et højere tryk ved mellemliggende tætheder i neutronstjerner.

Inkluderet data om kollisioner med tunge ioner

Forfatterne inkorporerede oplysningerne fra guld-ion-kollisionseksperimenter udført ved GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung i Darmstadt samt ved Brookhaven National Laboratory og Lawrence Berkeley National Laboratory i USA i deres flertrinsprocedure, der analyserer begrænsninger fra nuklear teori og astrofysiske observationer, herunder neutronstjernemassemålinger gennem radioobservationer, information fra Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER)-missionen på den internationale rumstation (ISS) og multi-budbringeobservationer af binære neutronstjernefusioner.

Nukleare teoretikere Sabrina Huth og Achim Schwenk fra Darmstadt Tekniske Universitet og Ingo Tews fra Los Alamos National Laboratory var nøglen til at oversætte informationen opnået ved kollisioner med tunge ioner til neutronstjernestof, som er nødvendigt for at inkorporere astrofysiske begrænsninger.

Inkludering af data fra tung-ion-kollisioner i analyserne har muliggjort yderligere begrænsninger i tæthedsregionen, hvor nuklear teori og astrofysiske observationer er mindre følsomme. Dette har været med til at give en mere fuldstændig forståelse af tæt stof. I fremtiden kan forbedrede begrænsninger fra kollisioner med tunge ioner spille en vigtig rolle for at bygge bro mellem nuklear teori og astrofysiske observationer ved at give supplerende information. Dette gælder især for eksperimenter, der undersøger højere tætheder, og reduktion af de eksperimentelle usikkerheder har et stort potentiale til at give nye begrænsninger for neutronstjerneegenskaber. Ny information på begge sider kan nemt indgå i rammen for yderligere at forbedre forståelsen af ​​tæt stof i de kommende år. + Udforsk yderligere

Sort hul eller intet sort hul:Om resultatet af neutronstjernekollisioner