Ny innsikt i nøytronstjernematerie

Et internasjonalt forskerteam har for første gang kombinert data fra tung-ion-eksperimenter, gravitasjonsbølgemålinger og andre astronomiske observasjoner ved bruk av avansert teoretisk modellering for mer presist å begrense egenskapene til kjernefysisk materie slik den kan finnes i det indre av nøytronstjerner. Resultatene ble publisert i tidsskriftet Natur.

Over hele universet blir nøytronstjerner født i supernovaeksplosjoner som markerer slutten på livet til massive stjerner. Noen ganger er nøytronstjerner bundet i binære systemer og vil til slutt kollidere med hverandre. Disse høyenergi, astrofysiske fenomener har så ekstreme forhold at de produserer det meste tunge elementer, som sølv og gull. Følgelig er nøytronstjerner og deres kollisjoner unike laboratorier for å studere egenskapene til materie ved tettheter langt utover tetthetene inne i atomkjerner. Tung-ion kollisjonsforsøk utført med partikkelakseleratorer er en komplementær måte å produsere og undersøke materie ved høye tettheter og under ekstreme forhold.

Ny innsikt i de grunnleggende interaksjonene som er i spill i kjernefysisk materie

“Å kombinere kunnskap fra kjernefysisk teori, kjernefysiske eksperimenter og astrofysiske observasjoner er avgjørende for å kaste lys over egenskapene til nøytronrik materie over hele tetthetsområdet som er undersøkt i nøytronstjerner,” sa Sabrina Huth, Institutt for kjernefysikk ved Darmstadt tekniske universitet. som er en av hovedforfatterne av publikasjonen. Peter TH Pang, en annen hovedforfatter fra Institute for Gravitational and Subatomic Physics (GRASP), Utrecht University, la til: “Vi finner at begrensninger fra kollisjoner av gullioner med partikkelakseleratorer viser en bemerkelsesverdig konsistens med astrofysiske observasjoner selv om de er oppnådd med helt andre metoder.”

Nylig fremgang innen multi-budbringer-astronomi gjorde det mulig for det internasjonale forskerteamet, som involverte forskere fra Tyskland, Nederland, USA og Sverige, å få ny innsikt i de grunnleggende interaksjonene som er i spill i kjernefysisk materie. I en tverrfaglig innsats inkluderte forskerne informasjon innhentet i tung-ion-kollisjoner i en rammekombinasjon astronomiske observasjoner av elektromagnetiske signaler, målinger av gravitasjonsbølger og høyytelses astrofysiske beregninger med teoretiske kjernefysikk beregninger. Deres systematiske studie kombinerer alle disse individuelle disiplinene for første gang, og peker på et høyere trykk ved mellomliggende tettheter i nøytronstjerner.

Data for tung-ion-kollisjoner inkludert

Forfatterne inkorporerte informasjonen fra gullion kollisjon eksperimenter utført ved GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung i Darmstadt samt ved Brookhaven National Laboratory og Lawrence Berkeley National Laboratory i USA i deres flertrinnsprosedyre som analyserer begrensninger fra kjernefysisk teori og astrofysiske observasjoner, inkludert nøytronstjernemassemålinger gjennom radioobservasjoner, informasjon fra Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER)-oppdraget på den internasjonale romstasjonen (ISS), og multi-messenger-observasjoner av binære nøytronstjernesammenslåinger.

Kjernefysiske teoretikere Sabrina Huth og Achim Schwenk fra Technical University Darmstadt og Ingo Tews fra Los Alamos National Laboratory var nøkkelen til å oversette informasjonen som ble oppnådd i tung-ion-kollisjoner til nøytronstjernematerie, som er nødvendig for å inkorporere astrofysiske begrensninger.

Inkludering av data om tung-ion-kollisjoner i analysene har muliggjort ytterligere begrensninger i tetthetsregionen der kjernefysisk teori og astrofysiske observasjoner er mindre følsomme. Dette har bidratt til å gi en mer fullstendig forståelse av tett materie. I fremtiden kan forbedrede begrensninger fra tung-ion-kollisjoner spille en viktig rolle for å bygge bro over kjernefysisk teori og astrofysiske observasjoner ved å gi utfyllende informasjon. Dette gjelder spesielt for eksperimenter som undersøker høyere tettheter, og å redusere de eksperimentelle usikkerhetene har et stort potensial til å gi nye begrensninger for nøytronstjerneegenskaper. Ny informasjon på begge sider kan enkelt inkluderes i rammeverket for ytterligere å forbedre forståelsen av tett stoff i årene som kommer.

---

---