La física de los núcleos masivos se puede estudiar midiendo la «observación» de que la resonancia de las mareas entre las estrellas de neutrones fusionadas conduce al aplastamiento de la corteza sólida de las estrellas de neutrones. Crédito: Universidad de Bath
Los astrónomos han descubierto una nueva forma de explorar la estructura interna de las estrellas de neutrones y de dar pistas sobre la formación de materia a nivel atómico.
Los astrónomos de la Universidad de Bath en el Reino Unido descubrieron un nuevo método para examinar 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 por la gravedad al tamaño de pequeñas ciudades. Contiene la materia más extrema del universo, lo que significa que es el objeto más denso que existe (en comparación, si la Tierra está comprimida a una densidad Estrella neutrónTendrá solo unos pocos cientos de metros de diámetro, y todos los humanos pueden medir hasta una cucharadita). Esto hace que las estrellas de neutrones sean laboratorios naturales únicos 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. Estudiar cómo se comportó esta fuerza en condiciones más extremas proporciona una forma de profundizar en su conocimiento.
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En un estudio descrito en Avisos mensuales de la Royal Astronomical SocietyEn Bath, los astrofísicos descubrieron que el trabajo de dos estrellas de neutrones que se mueven más rápido cuando se dirigen hacia una colisión violenta da una idea de la formación de la materia de las estrellas de neutrones. Con esta información, los físicos nucleares estarán en una posición más fuerte para calcular las fuerzas que definen la estructura de toda la materia.
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A través de la resonancia, el equipo de Bath lo descubrió. 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 encuentra cuando un cantante de ópera rompe una taza cantando lo suficientemente fuerte a una frecuencia que coincide con las posiciones de las oscilaciones en el vidrio.
Cuando un par de estrellas de neutrones en ascenso alcanza un estado de resonancia, su corteza dura, que se cree que es diez mil millones de veces más fuerte que el acero, se rompe. Esto da como resultado la emisión de una onda brillante de rayos gamma (llamada resplandor de resonancia rota) que puede ser visto por un satélite. Las estrellas en ascenso también se bajan Ondas gravitacionales Puede ser detectado por dispositivos en la Tierra. Los investigadores de Bath encontraron que midiendo tanto el brillo como la señal de la onda gravitacional, podían calcular la «energía de simetría» de una estrella de neutrones.
La energía de simetría es una de las propiedades de la materia nuclear. Controla la proporción de partículas subatómicas (protones y neutrones) que forman el núcleo y cómo esta proporción cambia cuando se expone a las intensas densidades que se encuentran en las estrellas de neutrones. Por lo tanto, la lectura de la energía de simetría daría una fuerte indicación de la composición de las estrellas de neutrones y, por lo tanto, de los procesos mediante los cuales se unen todos los protones y neutrones y las fuerzas que determinan la estructura de toda la materia.
Los investigadores afirman que las medidas obtenidas al estudiar la resonancia de las estrellas de neutrones utilizando una combinación de rayos gamma y ondas gravitacionales complementarán, no reemplazarán, los experimentos de laboratorio de los físicos nucleares.
«Al estudiar las estrellas de neutrones y los catastróficos movimientos finales de estos cuerpos masivos, podemos comprender algo sobre los diminutos núcleos que componen la materia extremadamente densa», dijo el astrofísico de Bath, Dr. David Tsang. «La gran diferencia de tamaño hace que esto sea asombroso».
«Me encanta que este trabajo mira lo mismo que están estudiando los físicos nucleares. Ellos están mirando partículas diminutas, y nosotros los astrofísicos estamos mirando cosas y eventos a millones de años luz de distancia. Lo mismo de una manera completamente diferente».
«Aunque se conoce la fuerza que une a los quarks con neutrones y protones, no se comprende bien cómo funcionan realmente cuando se juntan grandes cantidades de neutrones y protones», dijo el Dr. Will Newton, astrofísico de la Universidad de Comercio de Texas A&M y colaborador La búsqueda para mejorar esta comprensión es ayudada por datos experimentales de física nuclear, pero todos los núcleos que sondeamos en la Tierra tienen un número similar de neutrones y protones unidos entre sí con aproximadamente la misma densidad.
«En las estrellas de neutrones, la naturaleza nos proporciona un entorno completamente diferente para explorar la física nuclear: una sustancia que consta principalmente de neutrones y que abarca una amplia gama de densidades, hasta unas diez veces la densidad de los núcleos atómicos. En este artículo, explicamos cómo podemos medir una propiedad específica de esta sustancia, la energía de simetría, desde distancias de cientos de millones de años luz de distancia. Esto puede arrojar luz sobre el funcionamiento básico del núcleo «.
Referencia: «Destellos resonantes rotos como sensores de múltiples transmisores de energía de simetría nuclear» por Duncan Neal, William J. Newton y David Tsang, 26 de marzo de 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab764
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