Neutrónové hviezdy sú najhustejšie objekty vo vesmíre, väčšie ako hmota Slnka, ale kondenzované do relatívne malej sféry.
Aké veľké sú neutrónové hviezdy? Predchádzajúce odhady polomeru sa pohybovali od osem do šestnásť kilometrov. Astrofyzici na Goetheho univerzite vo Frankfurte nad Mohanom dokázali pomocou sofistikovaného štatistického prístupu založeného na meraní gravitačných vĺn určiť veľkosť neutrónových hviezd do 1,5 kilometra. Správa vedcov je uvedená v Physical Review Letters.
Neutrónové hviezdy sú najhustejšie objekty vo vesmíre, s hmotnosťou väčšou ako Slnko, ale kondenzované do relatívne malej sféry. Už viac ako 40 rokov je dimenzovanie neutrónových hviezd svätým grálom jadrovej fyziky, ktorého objav poskytne dôležité informácie o základnom správaní jadrových hustôt.
Údaje o detekcii gravitačných vĺn zlúčením neutrónových hviezd (GW170817) významne prispievajú k riešeniu tohto rébusu. Koncom roku 2017 ich už profesor Luciano Rezzolla spolu so svojimi študentmi Eliasom Mostom a Lucasom Weichom odpovedali na dlhoročnú otázku o maximálnej hmotnosti, ktorú môžu mať neutrónové hviezdy, skôr ako sa zrútili do čiernej diery. Po prvom dôležitom výsledku sa rovnaký tím s pomocou profesora Jurgena Schaffnera-Belicha pustil do stanovenia prísnejších limitov pre veľkosť neutrónových hviezd.
Umelecké znázornenie zrážky neutrónových hviezd, ktorá generovala gravitačné vlny. Poďakovanie: Carnegie Institution for Science.
Záverom je, že stavová rovnica, ktorá popisuje hmotu vo vnútri neutrónových hviezd, nie je známa. Fyzici zvolili štatistické metódy na určenie veľkosti neutrónových hviezd v úzkych medziach. Vypočítali viac ako dve miliardy teoretických modelov tak, že pre nich vyriešili Einsteinovu rovnicu a tento veľký súbor údajov skombinovali s obmedzeniami vyplývajúcimi z detekcie gravitačných vĺn GW170817.
Výsledkom bolo, že vedci určili polomer typickej neutrónovej hviezdy v rozmedzí 1,5 kilometra: pohybuje sa od 12 do 13,5 kilometra, čo sa dá ešte vylepšiť budúcimi detekciami gravitačných vĺn.
"Problém však mohol mať viac ako jedno riešenie," komentuje Jurgen Schaffner-Belich. Je možné, že pri ultra vysokých hustotách látka dramaticky mení svoje vlastnosti a približuje sa k takzvanému „fázovému prechodu“. Je to podobné ako to, čo sa stane s vodou, keď zamrzne a prechádza z kvapaliny do tuhej látky. V prípade neutrónových hviezd tento prechod údajne prevádza bežnú hmotu na hmotu „kvarku“a vytvára hviezdy, ktoré budú mať rovnakú hmotnosť ako ich „dvojča“, neutrónová hviezda, ale sú oveľa menšie a teda ešte kompaktnejšie.
Propagačné video:
Aj keď neexistujú dôkazy o ich existencii, môžu byť vierohodným riešením a frankfurtskí vedci napriek ďalším komplikáciám túto možnosť zohľadnili. Úsilie sa vyplatilo: hviezdy dvojčiat boli štatisticky nepravdepodobné. Toto je dôležité zistenie, ktoré teraz umožňuje vedcom potenciálne vylúčiť existenciu týchto veľmi kompaktných objektov. Budúce pozorovania gravitačných vĺn odhalia, či majú neutrónové hviezdy exotické dvojčatá.