Yeni araç, bilim adamlarının nötron yıldızlarının içine bakmalarına izin veriyor

Güneşin kütlesinin iki katı bir yıldız alıp onu Manhattan büyüklüğünde ezdiğini hayal edin. Sonuç, evrenin herhangi bir yerinde bulunan en yoğun nesnelerden biri olan ve Dünya’da doğal olarak bulunan herhangi bir malzemenin yoğunluğunu onlarca trilyon kat aşan bir nötron yıldızı olacaktır. Nötron yıldızları kendi başlarına olağanüstü astrofiziksel nesnelerdir, ancak aşırı yoğunlukları, Dünya’da asla yeniden üretilemeyecek koşullar altında nükleer fiziğin temel sorularını incelemek için laboratuvarlar olarak işlev görmelerine de izin verebilir.

Bu egzotik koşullar nedeniyle, bilim adamları hala nötron yıldızlarının tam olarak neyden yapıldığını, sözde “durum denklemi” (EoS) anlamış değiller. Bunu belirlemek, modern astrofizik araştırmalarının ana hedefidir. Yapbozun çeşitli olasılıkları sınırlayan yeni bir parçası, IAS’deki bir çift bilim adamı tarafından keşfedildi: Carolyn Raithel, John N. Bahcall Doğa Bilimleri Okulu’ndan Fellow; ve Elias Most, Okul Üyesi ve Princeton Üniversitesi’nde John A. Wheeler Üyesi. Çalışmaları yakın zamanda yayınlandı Astrofizik Dergi Mektupları.

İdeal olarak, bilim adamları bu egzotik nesnelerin içine bakmak isterler, ancak bunlar standart teleskoplarla görüntülenemeyecek kadar küçük ve uzaktır. Bilim adamları, EoS’yi hesaplamak için ölçebilecekleri dolaylı özelliklere (bir nötron yıldızının kütlesi ve yarıçapı gibi) güvenirler; aynı şekilde hipotenüsünü hesaplamak için dik açılı bir üçgenin iki kenarının uzunluğunu kullanabilirsiniz. Ancak bir nötron yıldızının yarıçapını kesin olarak ölçmek çok zordur. Gelecekteki gözlemler için umut verici bir alternatif, bunun yerine “pik spektral frekans” (veya f) olarak adlandırılan bir niceliği kullanmaktır.₂) burada.

ama f nasıl₂ ölçüldü? Einstein’ın Görelilik Teorisi yasalarına göre yönetilen nötron yıldızları arasındaki çarpışmalar, güçlü kütleçekimsel dalga emisyonu patlamalarına yol açar. 2017’de bilim adamları bu tür emisyonları ilk kez doğrudan ölçtüler. Most, “En azından prensipte, tepe tayf frekansı, birleştirilmiş iki nötron yıldızının sallanan kalıntısının yaydığı kütleçekimsel dalga sinyalinden hesaplanabilir” diyor.

Daha önce f bekleniyordu₂ yarıçap için makul bir vekil olacaktır, çünkü -şimdiye kadar- araştırmacılar, aralarında doğrudan veya “yarı-evrensel” bir yazışma olduğuna inanıyorlardı. Ancak Raithel ve Most bunun her zaman doğru olmadığını gösterdi. EoS’yi belirlemenin basit bir hipotenüs problemini çözmeye benzemediğini göstermişlerdir. Bunun yerine, üçüncü bir bilgiye ihtiyaç duyulan düzensiz bir üçgenin en uzun kenarını hesaplamaya daha benzer: iki kısa kenar arasındaki açı. Raithel ve Most için bu üçüncü bilgi parçası, yalnızca yarıçaptan daha yüksek yoğunluklarda (ve dolayısıyla daha aşırı koşullarda) EoS hakkındaki bilgileri kodlayan “kütle-yarıçap ilişkisinin eğimi”dir.

Bu yeni bulgu, yeni nesil yerçekimi dalgası gözlemevleri (şu anda çalışan LIGO’nun halefleri) ile çalışan araştırmacıların, nötron yıldızı birleşmelerinin ardından elde edilen verileri daha iyi kullanmalarını sağlayacaktır. Raithel’e göre, bu veriler nötron yıldızı maddesinin temel bileşenlerini ortaya çıkarabilir. Raithel, “Bazı teorik tahminler, nötron yıldız çekirdekleri içinde, faz geçişlerinin nötronları kuark adı verilen atom altı parçacıklara çözebileceğini öne sürüyor” dedi. “Bu, yıldızların içlerinde bir serbest kuark maddesi denizi içerdiği anlamına gelir. Çalışmamız, yarının araştırmacılarının bu tür faz geçişlerinin gerçekten olup olmadığını belirlemesine yardımcı olabilir.”