Nuclear Pasta In Neutron Stars

Title: Astromaterial Science And Nuclear Pasta

Forfattere: Me Caplan, Cj Horowitz

Første Forfatterens Institusjon: Indiana University, USA

Status: arXiv.org, open access

Inne i en nøytronstjerne

Nøytronstjerner er de tetteste objektene i universet. Naturligvis er saken inne i dem eksotisk og ulikt alt på Jorden — tenk å knuse Solens masse til en stjerne bare 10 km over! Som man kan gjette fra deres navn, består nøytronstjerner av for det meste nøytroner, med en liten brøkdel av elektroner og protoner som også bidrar til deres masse. En nøytronstjerne kan betraktes som analog med en gigantisk atomkjerne, bundet av gravitasjonskrefter i stedet for den sterke kraften. Under trykket som utøves av tyngdekraften, blir materie komprimert til samme tetthet som atomkjernene; egenskaper av høy tetthetsmaterialet i nøytronstjerner diskuteres i denne bitt.

la Oss nå visualisere synkende gjennom skorpen til en nøytronstjerne. Figur 1 gir en skjematisk av de stratifiserte lagene vi møter under vår nedstigning. I ytre skorpe kombineres nøytroner i kjerner som danner et solidt gitter. Når vi går dypere ned i skorpen, blir kjernene stadig mer gigantiske og nøytronrike. Utover en viss størrelse begynner nøytronene å overflyte fra kjernene og dryppe ut, og danner et hav av frie nøytroner hvor gitteret av kjerner er nedsenket. Dette betyr vår overgang til den indre skorpe. Her, ved bunnen av skorpen (eller «mantelen»), oppdager vi de intrikate atomstrukturer som dagens papir er opptatt av. Vanligvis forventer vi at kjernene skal være sfæriske, men her deformerer og smelter kjernene og danner klynger av eksotiske former kalt «kjernepasta». Utover dette punktet går vi inn i kjernen av stjernen hvor vi finner ensartet nukleær materie: en nøytron superfluid (et stoff som flyter uten friksjon) sameksisterer med en proton superleder (et materiale som fører strøm uten motstand).

Figur 1: (a) Struktur av en nøytronstjerne. Symbolene N, n, p, e, μ tilsvarer henholdsvis kjerner, flytende nøytroner og protoner, elektroner og myoner. (B) Sammensetning av den indre skorpe av en nøytronstjerne. Kilde: https://compstar.uni-frankfurt.de/outreach/short-articles/the-nuclear-pasta-phase/

Nuclear Pasta

under ekstreme forhold med høy tetthet inne i en nøytronstjerne, gir konkurransen mellom kjernefysisk tiltrekning og Coulomb-avstøtning eksotiske strukturer kalt nukleær pasta. Ravenhall, Pethick Og Wilson var de første som undersøkte disse uvanlige konfigurasjonene av kjernefysisk materie. Kjernepasta kjennetegnes av komplekse, ikke-sfæriske mønstre som rør, ark og bobler; disse konfigurasjonene minimerer energien deres (Se Figur 2). Navnet» kjernepasta » oppsto på grunn av likhet med forskjellige varianter av pasta-som lasagne, gnocchi og spaghetti!

for Tiden er vår forståelse av kjernepasta i nøytronstjerner i stor grad basert på teoretiske beregninger. Imidlertid eksisterer noen observasjonelle bevis som støtter eksistensen av nukleær pasta i skorpen. For eksempel postulerer Pons, Vigano og Rea at pastafasen begrenser den maksimale spinnperioden for roterende nøytronstjerner (pulsarer). De antyder at fraværet av isolerte røntgenpulsarer med spinnperioder større enn 12 sekunder kan være observasjonsbevis for nukleær pasta. Jakt etter observasjons signaturer av det kjernefysiske pastalaget er et forskningsemne av stor interesse.

Figur 2: Eksempler pa forskjellige nukleare pastafaser. Figur 3 på papir.

Resultater

i denne artikkelen, forfatterne gjennomføre semi-klassiske molekylære dynamikk simuleringer av kjernefysisk pasta. Den semi-klassiske tilnærmingen er berettiget fordi den relevante oppførselen involverer klynger av tusenvis av nukleoner, og disse tunge klyngene kan behandles klassisk. Kvanteeffektene som er tilstede i mindre skalaer, legges inn for hånd gjennom parametrene i den semi-klassiske modellen.

forfatterne modell geometri og topologi av komplekse pasta strukturer avbildet I Figur 2 og trekke nyttige egenskaper av materialet, slik som termisk og elektrisk ledningsevne. Forfatterne diskuterer hvordan tilstedeværelsen av et pastalag i bunnen av nøytronstjerneskorpen kan påvirke observasjoner av astrofysiske fenomener som supernova-nøytriner, magnetfeltforfall og skorpekjøling av akkreterende nøytronstjerner.

Ovenfor diskuterte vi papiret skrevet Av Pons et al. i hvilke nukleare pastafaser forventes å inneholde urenheter. Urenhetene forårsaker at magnetfeltet til nøytronstjernen forfaller over 0,1 – 1 Myr, i samsvar med den observerte populasjonen av isolerte røntgenpulsarer som har spinnperioder mindre enn 12 sekunder. Molekylær dynamikk simuleringer i dagens papir gi bevis for å støtte Pon antakelse Om at pastaen har en høy urenhet parameter. Derfor passer et annet stykke av puslespillet sammen, og vi har enda mer grunn til å tro at kjernepasta eksisterer inne i nøytronstjerner.

  • Om forfatteren

Om Lisa Drummond

Jeg Er En astrofysikk PhD student med interesser i kompakte objekter og gravitasjonsbølger. Jeg studerte neutron star interiors for Min Masteroppgave Ved University Of Melbourne, Australia, og nå gjør Jeg Min PhD ved MIT.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.