Mysterieus object kan een ‚vreemde ster‘ zijn gemaakt van quarks, zeggen wetenschappers: ScienceAlert

Een relatief klein, dicht object gehuld in een wolk van zijn eigen geëxplodeerde overblijfselen op slechts een paar duizend lichtjaren verwijderd, tart ons begrip van stellaire fysica.

In alle opzichten lijkt het een neutronenster te zijn, hoewel het een ongebruikelijke ster is. Met slechts 77 procent van de massa van de zon is het de laagste massa die ooit is gemeten voor een object in zijn soort.

Voorheen klokte de lichtste neutronenster ooit gemeten op 1,17 keer de massa van de zon.

Deze recentere ontdekking is niet alleen kleiner, maar ook aanzienlijk lager dan de minimale neutronenstermassa die door de theorie wordt voorspeld. Dit suggereert dat er een hiaat is in ons begrip van deze ultradichte objecten… of waar we naar kijken is helemaal geen neutronenster, maar een eigenaardig, nooit eerder gezien object dat bekend staat als een ‚vreemde‘ ster.

Neutronensterren behoren tot de dichtste objecten in het hele heelal. Ze zijn wat overblijft nadat een massieve ster tussen ongeveer 8 en 30 keer de massa van de zon het einde van zijn leven heeft bereikt. Wanneer de ster geen materiaal meer heeft om in zijn kern te smelten, wordt hij supernova en werpt hij zijn buitenste materiaallagen de ruimte in.

Niet langer ondersteund door de uitwendige druk van fusie, stort de kern op zichzelf in en vormt een object dat zo dicht is, atoomkernen pletten samen en elektronen worden gedwongen om lang genoeg intiem te worden met protonen om ze in neutronen te transformeren.

De meeste van deze compacte objecten zijn ongeveer 1,4 keer de massa van de zon, hoewel de theorie zegt dat ze kunnen variëren van iets zo massief als ongeveer 2,3 zonsmassa’s, tot slechts 1,1 zonsmassa’s. Dit alles verpakt in een bol die net is verpakt in een bol van slechts 20 kilometer (12 mijl) of zo, waardoor elke theelepel neutronenstermateriaal ergens tussen de 10 miljoen en enkele miljarden ton weegt.

Sterren met een hogere en lagere massa dan neutronensterren kunnen ook dichte objecten worden. Zwaardere sterren veranderen in zwarte gaten. Lichtere sterren veranderen in witte dwergen – minder dicht dan neutronensterren, met een maximale massa van 1,4 zonsmassa’s, hoewel ze nog steeds behoorlijk compact zijn. Dit is de uiteindelijke lot van onze eigen zon.

De neutronenster die het onderwerp van deze studie is, bevindt zich in het centrum van een supernovarest genaamd HESS J1731-347, waarvan eerder was berekend dat hij meer dan 10.000 lichtjaar verwijderd was. Een van de moeilijkheden bij het bestuderen van neutronensterren ligt echter in slecht beperkte afstandsmetingen. Zonder een nauwkeurige afstand is het moeilijk om nauwkeurige metingen van de andere kenmerken van een ster te verkrijgen.

Onlangs werd een tweede, optisch heldere ster ontdekt die op de loer lag in HESS J1731-347. Hieruit kon een team van astronomen onder leiding van Victor Doroshenko van de Eberhard Karls Universiteit van Tübingen in Duitsland, met behulp van gegevens van de Gaia-karteringsenquête, de afstand tot HESS J1731-347 herberekenen, en ontdekten dat deze veel dichterbij is dan gedacht, rond 8.150 lichtjaren verwijderd.

Dit betekent dat eerdere schattingen van de andere kenmerken van de neutronenster moesten worden verfijnd, inclusief de massa. Gecombineerd met waarnemingen van het röntgenlicht uitgezonden door de neutronenster (inconsistent met röntgenstraling van een witte dwerg), waren Doroshenko en zijn collega’s in staat om de straal te verfijnen tot 10,4 kilometer, en de massa tot een absoluut belachelijk lage 0,77 zonne-energie. massa’s.

Dit betekent dat het misschien niet echt een neutronenster is zoals we die kennen, maar een hypothetisch object dat nog niet positief is geïdentificeerd in het wild.

„Onze massaschatting maakt het centrale compacte object in HESS J1731-347 de lichtste neutronenster die tot nu toe bekend is, en mogelijk een meer exotisch object – dat wil zeggen, een ‚vreemde ster‘-kandidaat“, schrijven de onderzoekers in hun paper.

Volgens de theorie lijkt een vreemde ster veel op een neutronenster, maar bevat hij een groter aandeel fundamentele deeltjes die vreemde quarks worden genoemd. Quarks zijn fundamentele subatomaire deeltjes die samen samengestelde deeltjes vormen, zoals protonen en neutronen. Quarks zijn er in zes verschillende soorten, of smaken, genaamd omhoog, omlaag, charme, vreemd, boven en onder. Protonen en neutronen zijn opgebouwd uit up- en down-quarks.

De theorie suggereert dat subatomaire deeltjes in de extreem gecomprimeerde omgeving in een neutronenster uiteenvallen in hun samenstellende quarks. Volgens dit model worden vreemde sterren gemaakt van materie die bestaat uit gelijke proporties van up-, down- en vreemde quarks.

Vreemde sterren zouden zich moeten vormen onder massa’s die groot genoeg zijn om echt druk uit te oefenen, maar aangezien het regelboek voor neutronensterren uit het raam verdwijnt als er genoeg quarks bij betrokken zijn, is er in wezen ook geen ondergrens. Dit betekent dat we de mogelijkheid niet kunnen uitsluiten dat deze neutronenster in feite een vreemde ster is.

Dit zou extreem cool zijn; natuurkundigen zijn al tientallen jaren op zoek naar quarkmaterie en vreemde quarkmaterie. Hoewel een vreemde ster zeker mogelijk is, is de kans groter dat we naar een neutronenster kijken – en dat is ook extreem cool.

„De verkregen beperkingen op massa en straal zijn nog steeds volledig consistent met een standaardinterpretatie van neutronensterren en kunnen onder deze veronderstelling worden gebruikt om astrofysische beperkingen op de toestandsvergelijking van koude dichte materie te verbeteren“, schrijven de onderzoekers.

„Zo’n lichte neutronenster, ongeacht de veronderstelde interne samenstelling, lijkt een zeer intrigerend object vanuit een astrofysisch perspectief.“

Het is een uitdaging om vast te stellen hoe zo’n lichte neutronenster gevormd kan zijn onder onze huidige modellen. Dus waar het ook van gemaakt is, het dichte object in het hart van HESS J1731-347 zal ons iets leren over het mysterieuze hiernamaals van massieve sterren.

Het onderzoek van het team is gepubliceerd in Natuurastronomie.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert