De meest massieve bekende neutronenster heeft een verrassend grote breedte
Stellaire lijken die neutronensterren worden genoemd (een geïllustreerd) bevatten ongelooflijk dichte materie die, volgens een nieuwe meting, niet gemakkelijk kan worden gecomprimeerd.
Als een opgedroogde citroen uit de achterkant van de koelkast, zijn neutronensterren minder samendrukbaar dan verwacht, melden natuurkundigen.
Nieuwe metingen van de meest massieve bekende neutronenster vinden dat deze een verrassend grote diameter heeft, wat suggereert dat de materie binnenin niet zo zacht is als sommige theorieën voorspelden, zo meldden natuurkundigen met de Neutron star Interior Composition Explorer, of NICER, op 17 april op een virtuele bijeenkomst van de American Physical Society.
Wanneer een stervende ster explodeert, kan hij een aandenken achterlaten: een overblijfsel vol met neutronen. Deze neutronensterren zijn buitengewoon dicht – alsof ze de Mount Everest tot een theelepeltje samenpersen, zei NICER-astrofysicus Zaven Arzoumanian van NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “We weten niet wat er met de materie gebeurt als het tot dit uiterste punt wordt verpletterd.”
Hoe zwaarder de neutronenster, hoe extremer de omstandigheden in de kern. Samengeperst met enorme dichtheden, kunnen deeltjes ongebruikelijke toestanden van materie vormen. Zo kunnen deeltjes die bekend staan ​​als quarks – die meestal in protonen en neutronen zitten – vrij rondlopen in het centrum van een neutronenster.
De samenstelling van de kern bepaalt de samendrukbaarheid. Als quarks bijvoorbeeld vrije agenten zijn in de meest massieve neutronensterren, zal de immense druk de kern van de neutronenster meer samendrukken dan wanneer quarks in neutronen blijven. Vanwege die samendrukbaarheid, voor neutronensterren, betekent meer massa niet noodzakelijkerwijs een grotere diameter. Als de materie van neutronensterren zacht is, kunnen de objecten contra-intuïtief krimpen naarmate ze massiever worden (SN: 12-08-20​
Om te begrijpen hoe de ingewanden van neutronensterren reageren wanneer ze door de kosmische wringer worden gehaald, gebruikten wetenschappers de röntgentelescoop NICER aan boord van het internationale ruimtestation ISS om de diameters te schatten van snel ronddraaiende neutronensterren, pulsars genaamd. In 2020 schatte NICER een pulsar op met een massa van ongeveer 1,4 keer de zon: hij was ongeveer 26 kilometer breed (SN: 1/3/20​
Onderzoekers hebben nu de omvang van de zwaarste bevestigde neutronenster gemeten, met ongeveer 2,1 keer de massa van de zon. Maar de straal van de vlezige neutronenster is ongeveer hetzelfde als die van zijn lichtere landgenoot, volgens twee onafhankelijke teams binnen de NICER-samenwerking. Door NICER-gegevens te combineren met metingen van de XMM-Newton-satelliet van het European Space Agency, ontdekte één team een ​​diameter van ongeveer 25 kilometer terwijl de andere naar schatting 27 kilometerrapporteerden natuurkundigen op een persconferentie en in twee gesprekken tijdens de bijeenkomst.
Veel theorieën voorspellen dat de zwaardere neutronenster een kleinere straal zou moeten hebben. “Dat zegt ons niet dat de materie in neutronensterren in zekere zin niet zo samendrukbaar is als veel mensen hadden voorspeld”, zei astrofysicus Cole Miller van de Universiteit van Maryland in College Park, die het tweede resultaat presenteerde.
“Dit is een beetje verwarrend”, zei astrofysicus Sanjay Reddy van de Universiteit van Washington in Seattle, die niet bij het onderzoek betrokken was. De bevinding suggereert dat quarks binnen een neutronenster niet beperkt zijn tot neutronen, maar dat ze nog steeds sterk met elkaar communiceren, in plaats van vrij rond te dwalen, zei Reddy.
De metingen onthullen een ander raadsel van neutronensterren. Pulsars zenden röntgenstralen uit van twee hotspots die zijn verbonden met de magnetische polen van de pulsar. Volgens de foto uit het leerboek moeten die stralen van tegenovergestelde kanten worden uitgezonden. Maar voor beide neutronensterren, gemeten door NICER, bevonden de hotspots zich in hetzelfde halfrond.
“Het impliceert dat we een ietwat complex magnetisch veld hebben”, zei NICER-astrofysicus Anna Watts van de Universiteit van Amsterdam, die het resultaat van het eerste team presenteerde. “Jouw mooie cartoon van een pulsar… is voor deze twee sterren helemaal verkeerd. En dat is geweldig. “
