La física de los núcleos masivos se puede estudiar midiendo la “nota” en la que la resonancia de la marea entre las estrellas de neutrones fusionadas hace que la capa sólida de las estrellas de neutrones se desintegre. Fuente: Universidad de Bath
Los científicos espaciales de la Universidad de Bath en el Reino Unido han descubierto una nueva forma de estudiar la estructura interna de las estrellas de neutrones, dando a los físicos nucleares una nueva herramienta para estudiar las estructuras que componen la materia a nivel atómico.
Las estrellas de neutrones son estrellas muertas que han sido comprimidas gravitacionalmente al tamaño de pequeñas ciudades. Contienen la materia más extrema del universo, lo que significa que son los objetos más densos que existen (en comparación, si la Tierra se comprimiera a la densidad de una estrella de neutrones, solo tendría unos pocos cientos de metros de diámetro y todos los humanos cabrían en una cucharadita). Esto convierte a las estrellas de neutrones en un laboratorio natural único para los físicos nucleares, cuya comprensión de la fuerza que une las partículas subatómicas se limita a su trabajo en los núcleos atómicos unidos a la Tierra. Al estudiar cómo se comporta esta fuerza en condiciones más extremas, puede profundizar su conocimiento.
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En el estudio descrito en Avisos mensuales de la Royal Astronomical SocietyLos astrofísicos de Bath han descubierto que la acción de dos estrellas de neutrones que se mueven cada vez más rápido a medida que giran en espiral hacia una colisión violenta da una pista sobre la composición del material de la estrella de neutrones. Con base en esta información, los físicos nucleares podrán calcular mejor las fuerzas que definen la estructura de toda la materia.
Resonancia
Fue gracias al fenómeno de la resonancia que el equipo de Bath hizo su descubrimiento. La resonancia ocurre cuando se aplica una fuerza a un objeto en su frecuencia natural, generando un gran movimiento vibratorio, a menudo catastrófico. Un ejemplo bien conocido de resonancia se puede encontrar cuando un cantante de ópera rompe un vidrio cantando lo suficientemente fuerte a una frecuencia que corresponde a los modos de oscilación del vidrio.
Cuando un par de estrellas de neutrones en espiral alcanzan un estado de resonancia, su capa sólida, que se cree que es 10 mil millones de veces más fuerte que el acero, se desintegra. Esto libera un estallido brillante de rayos gamma (llamado estallido de resonancia) que se puede ver a través de los satélites. Las estrellas en espiral también liberan ondas gravitacionales, que pueden ser detectadas por instrumentos en la Tierra. Los investigadores de Bath encontraron que midiendo tanto el destello como la señal de la onda gravitacional, podían calcular la ‘energía de simetría’ de una estrella de neutrones.
La energía de la simetría es una de las propiedades de la materia nuclear. Controla la proporción de partículas subatómicas (protones y neutrones) que componen el núcleo y cómo esta proporción cambia debido a las densidades extremas que se encuentran en las estrellas de neutrones. Por tanto, una lectura de la energía de simetría daría una indicación clara de la composición de las estrellas de neutrones, los procesos mediante los cuales se unen todos los protones y neutrones y las fuerzas que definen la estructura de toda la materia.
Los investigadores enfatizan que las mediciones obtenidas al estudiar la resonancia de las estrellas de neutrones utilizando una combinación de rayos gamma y ondas gravitacionales complementarían los experimentos de laboratorio de los físicos nucleares en lugar de reemplazarlos.
“Al estudiar las estrellas de neutrones y los cataclísmicos movimientos finales de estos objetos masivos, podemos comprender algo sobre los diminutos núcleos que forman la materia extremadamente densa”, dijo el astrofísico de Bath, Dr. David Tsang. “La enorme diferencia de escala lo hace fascinante”.
Duncan Neill, estudiante de doctorado en astrofísica, quien dirigió la investigación, agregó: “Me gusta que este trabajo trata sobre las mismas cosas que están estudiando los físicos nucleares. Ellos miran partículas diminutas, y nosotros los astrofísicos miramos objetos y eventos a muchos millones de años luz de distancia. ven lo mismo de una manera completamente diferente ”.
El Dr. Will Newton, astrofísico de Texas A&M University-Commerce y colaborador del proyecto, dijo: “Si bien se conoce la fuerza que une a los quarks en neutrones y protones, no se sabe cómo funciona realmente cuando se encuentran grandes cantidades de neutrones y protones. Muy bien Entendido La búsqueda para profundizar este conocimiento es ayudada por datos experimentales de la física nuclear, pero todos los núcleos que estudiamos en la Tierra tienen un número similar de neutrones y protones unidos entre sí aproximadamente a la misma densidad.
“En las estrellas de neutrones, la naturaleza nos proporciona un entorno muy diferente para estudiar la física nuclear: materia compuesta principalmente de neutrones y que cubre una amplia gama de densidades, hasta unas diez veces mayor que la de los núcleos atómicos. En este artículo, le mostraremos cómo puede medir una propiedad de esta materia, la energía de simetría, desde cientos de millones de años luz de distancia. Esto puede arrojar luz sobre las funciones básicas de los testículos. ”
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Más información:
Duncan Neill et al, Resonant Shattering Flares as Multimessenger Probes of the Nuclear Symmetry Energy, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (2021). DOI: 10.1093 / mnras / stab764
Proporcionado por la Universidad de Bath