Restricción de las propiedades de la materia de las estrellas de neutrones

A veces, las estrellas de neutrones chocan entre sí y producen la mayoría de los elementos pesados, como la plata y el oro. Por lo tanto, las estrellas de neutrones y sus colisiones se consideran laboratorios únicos para estudiar las propiedades de la materia en densidades mucho más allá de las densidades dentro de los núcleos atómicos.

Los experimentos de colisión de iones pesados ​​realizados con aceleradores de partículas son una forma complementaria de producir y sondear materia a altas densidades y en condiciones extremas.

Los avances recientes en la astronomía de múltiples mensajeros han permitido al equipo de investigación internacional, en el que participan científicos de Alemania, los Países Bajos, los Estados Unidos y Suecia, obtener nuevos conocimientos sobre las interacciones fundamentales en la materia nuclear. Al combinar datos de experimentos con iones pesados, mediciones de ondas gravitacionalesy otras observaciones astronómicas, los científicos restringen propiedades de la materia nuclear que se encuentra dentro de las estrellas de neutrones.

Sabrina Huth, Instituto de Física Nuclear de la Universidad Técnica de Darmstadt, dijo, “Combinar el conocimiento de la teoría nuclear, el experimento nuclear y las observaciones astrofísicas es esencial para aclarar las propiedades de la materia rica en neutrones en todo el rango de densidad probado en estrellas de neutrones. Encontramos que las restricciones de las colisiones de iones de oro con aceleradores de partículas muestran una consistencia notable con las observaciones astrofísicas, aunque se obtienen con métodos completamente diferentes”.

En este estudio, los científicos incluyeron información obtenida de colisiones de iones pesados ​​en una estructura que combina observaciones astronómicas de señales electromagnéticas, mediciones de ondas gravitacionales y cálculos astrofísicos de alto rendimiento con cálculos teóricos de física nuclear.

Los autores utilizaron datos de experimentos de colisión de iones de oro en el GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Darmstadt, así como en el Laboratorio Nacional Brookhaven y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en los Estados Unidos, en su procedimiento de varios pasos que analiza las limitaciones de la teoría nuclear y astrofísica. observaciones tales como masa de la estrella de neutrones mediciones de observaciones de radio e información sobre la composición interna de la estrella de neutrones.

La inclusión de datos de colisión de iones pesados ​​en el análisis permitió limitaciones adicionales en el área de densidad donde la teoría nuclear y las observaciones astrofísicas son menos sensibles. Esto ayudó en el desarrollo de un conocimiento más completo de la materia densa. Las restricciones mejoradas de las colisiones de iones pesados ​​deberían ayudar a cerrar la brecha entre la teoría nuclear y las observaciones astrofísicas en el futuro al proporcionar datos complementarios.

Los experimentos que investigan densidades más altas mientras reducen las incertidumbres experimentales, en particular, ofrecen muchas promesas para proporcionar nuevas restricciones sobre las características de las estrellas de neutrones. En los próximos años, es posible que se incorporen nuevos conocimientos de ambos lados al marco para aumentar nuestra comprensión de la materia densa.

Referencia del periódico:

1. Huth, S., Pang, PTH, Tews, I. et al. Restricción de la materia de estrellas de neutrones con colisiones microscópicas y macroscópicas. Naturaleza 606, 276-280 (2022). DUELE: 10.1038/s41586-022-04750-w