Duitse natuurkundigen zijn erin geslaagd om meer te weten te komen over de opbouw van neutronensterren. Hun verrassende conclusie: neutronensterren vertonen overeenkomsten met chocoladepralines.
Beeld: Peter Kiefer & Luciano Rezzolla
Sinds hun ontdekking, ruim zestig jaar geleden, proberen wetenschappers meer te weten te komen over het inwendige van zogeheten neutronensterren – de ineengestorte kernen van zware, uitgeputte sterren. Maar jammer genoeg laten de extreme omstandigheden in deze objecten zich nauwelijks nabootsen in een laboratorium.
Daarom zijn onderzoekers afhankelijk van modellen waarin verschillende eigenschappen - zoals dichtheid en temperatuur - worden beschreven met behulp van zogeheten toestandsvergelijkingen. Deze vergelijkingen proberen de structuur van neutronensterren te beschrijven, van het oppervlak tot in de binnenste kern.
De natuurkundigen van de Goethe-Universität hebben nu meer dan een miljoen verschillende toestandsvergelijkingen ontwikkeld die voldoen aan de randvoorwaarden die worden opgelegd door gegevens uit de theoretische kernfysica enerzijds en door astronomische waarnemingen anderzijds.
Hazelnoot
Daarbij kwamen de wetenschappers tot de ontdekking dat ‘lichte’ neutronensterren (met massa’s kleiner dan ongeveer 1,7 zonsmassa) een zachte mantel en een stijve kern hebben, terwijl ‘zware’ neutronensterren (met massa’s groter dan 1,7 zonsmassa) juist een stijve mantel en een zachte kern hebben. Of, simpel geformuleerd: lichte neutronensterren lijken op bonbons met een hazelnoot in het midden, omgeven door zachte chocolade, terwijl zware neutronensterren meer weg hebben van bonbons met een zachte vulling en een knapperige korst.
Cruciaal voor dit inzicht was de geluidssnelheid, het onderzoeksthema van bachelorstudent Sinan Altiparmak. Deze grootheid beschrijft hoe snel geluidsgolven zich in een object voortplanten en hangt af van hoe stijf of zacht materie is. Hier op aarde wordt de geluidssnelheid bijvoorbeeld gebruikt om het inwendige van onze planeet te onderzoeken en olievoorraden op te sporen.
Aan de hand van de toestandsvergelijkingen hebben de natuurkundigen ook andere nog onverklaarbare eigenschappen van neutronensterren kunnen blootleggen. Zo hebben zij, ongeacht hun massa, zeer waarschijnlijk een straal van slechts twaalf kilometer.
