Simulaties van het samensmelten van binaire neutronensterren suggereren dat toekomstige detectoren onderscheid zullen maken tussen verschillende modellen van thermonucleaire materie. Onderzoekers gebruikten supercomputersimulaties om te onderzoeken hoe de samensmelting van neutronensterren zwaartekrachtsgolven beïnvloeden, en ontdekten een belangrijke relatie met de temperatuur van de overblijfselen. Dit onderzoek zou kunnen bijdragen aan toekomstige vooruitgang bij het detecteren en begrijpen van thermonucleaire materie.

Wanneer twee neutronensterren om elkaar heen draaien, laten ze rimpelingen in de ruimte-tijd vrij die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Deze rimpelingen verbruiken energie uit de baan totdat de twee sterren uiteindelijk botsen en samensmelten tot één enkel object. Wetenschappers gebruikten supercomputersimulaties om te onderzoeken hoe het gedrag van verschillende modellen van nucleaire materie de zwaartekrachtsgolven beïnvloedt die vrijkomen na deze fusies. Ze vonden een sterke correlatie tussen de temperatuur van het overblijfsel en de frequentie van deze zwaartekrachtgolven. Detectoren van de volgende generatie zullen onderscheid kunnen maken tussen deze modellen.

Ongeveer 5 milliseconden na de samensmelting van neutronensterren, gezien van boven naar beneden, een vergelijking van de dichtheid (rechts) en temperatuur (links) van twee verschillende gesimuleerde samensmeltingen van neutronensterren (boven, onder). Bron: Jacob Fields, Pennsylvania State University.

Wetenschappers gebruiken neutronensterren als laboratoria om nucleair materiaal te bestuderen in omstandigheden die op aarde niet waarneembaar zijn. Ze gebruiken huidige zwaartekrachtgolfdetectoren om de samensmelting van neutronensterren te observeren en te begrijpen hoe ultradichte koude materie zich gedraagt. Deze detectoren kunnen het signaal van de samengevoegde sterren echter niet meten. Dit signaal bevat informatie over thermonucleaire materie. Toekomstige detectoren zullen nog gevoeliger zijn voor deze signalen. Omdat ze ook onderscheid kunnen maken tussen verschillende modellen, suggereren de resultaten van dit onderzoek dat toekomstige detectoren wetenschappers zullen helpen betere modellen van thermonucleaire materie te bouwen.

Deze studie onderzocht de fusies van neutronensterren met behulp van THC_M1. THC_M1 is een computercode die de samensmelting van neutronensterren simuleert, waarbij rekening wordt gehouden met de kromming van de ruimte-tijd veroorzaakt door het krachtige zwaartekrachtveld van de ster en het neutrinoproces in dichte materie. De onderzoekers testten de impact van thermische effecten op fusies door de soortelijke warmtecapaciteit te variëren in de toestandsvergelijking, die de energie meet die nodig is om de temperatuur van het materiaal van de neutronenster met één graad te verhogen. Om de robuustheid van de resultaten te garanderen, voerden de onderzoekers simulaties uit met twee resoluties. Ze herhaalden de run met hogere resolutie met een meer benaderende behandeling van neutrino's.

Referenties

"Thermische effecten bij fusies van binaire neutronensterren", door Jacob Fields, Aviral Prakash, Matteo Breschi, David Radice, Sebastiano Bernuzzi en Andréda Silva Schneider, 31 juli 2023, Astrophysical Journal Letters.

DOI:10.3847/2041-8213/ace5b2

"Identificatie van nucleaire effecten in neutronen-koolstof-interacties tijdens lage derde momentumoverdracht", tot 17 februari 2016, "Physical Review Letters".

DOI:10.1103/PhysRevLett.116.071802

Bij dit werk werd gebruik gemaakt van computerbronnen van het National Energy Research Scientific Computing Center van Penn State, het Pittsburgh Supercomputing Center en het Institute for Computational and Data Sciences.

Samengestelde bron: ScitechDaily