Fontos dolog derült ki a neutroncsillagokról

Német csillagászok a LIGO méréseinek felhasználásával kiszámították annak a neutroncsillagnak a tömegét, amely még éppen nem omlik össze. Az eredetileg elméleti úton kapott eredményt megerősítette és pontosította a kettős neutroncsillag összeolvadásából fakadó gravitációs hullám tavalyi mérése – írja a Csillagaszat.hu.

Bármilyen csillagról is beszélünk (legyen az akár fiatal fősorozati csillag, idős vörös óriás, vagy valamilyen kompakt objektum), a belsejében alapvetően két erő egyensúlyán múlik a stabilitás. Az egyik a gravitáció, amely minél kisebb térfogatba szeretné préselni az anyagot. A másik pedig valami, ami ennek ellenáll. Normál csillagok esetén a magban lejátszódó fúziós folyamatok energiatermelése, illetve az ez által létrejövő sugárnyomás tart ellent a gravitációnak.

Az energiatermelés azonban csak addig tarthat, amíg van üzemanyaga a folyamatoknak. Előbb-utóbb ez minden csillag esetében elfogy, a mag menthetetlenül összeomlik, és elsőként egy fehér törpének nevezett, körülbelül Föld méretű és nagyon sűrű (egy tonna/köbcenti) égitest jön létre. A fehér törpe belsejében az elektrongáz úgynevezett degenerált állapotban van, ami megakadályozza a további gravitációs összehúzódást. Ez azt jelenti, hogy az elektronok minden kvantumállapota betöltődött a csillag belsejében, azaz a további összehúzódás nem lehetséges, mert már nem férnek hová az újabb elektronok.

Persze ez a jelenség sem tarthat ellent akármekkora gravitációnak. Ha a fehér törpe tömege nagyobb, mint a Chandrasekhar-féle tömeghatár (1,44 naptömeg), győz a gravitáció. A protonok elkezdik befogni az elektronokat, megszűnik a degenerált elektrongáz nyomása, és még jobban összepréselődik az objektum, egy még sűrűbb (egymilliárd tonna/köbcenti), 20-30 kilométer átmérőjű neutroncsillag keletkezik. Az összepréselődött neutronok pedig nagyon erősen taszítani fogják egymást, és ez ismételten megakadályozza a további összehúzódást.

Na de meddig? Az egymás mellé préselt neutronok közötti taszító erő is véges, bizonyos tömeg felett ismét a gravitációs erő lesz nagyobb. A fehér törpék esetében már a harmincas évek óta tudjuk a tömeghatárt, de az évtizedeken keresztül eldöntetlen kérdés volt, hogy mi lehet ez a nem forgó neutroncsillagok esetén. Erre talált most megoldást Luciano Rezzolla és kutatócsoportja a németországi Goethe Egyetemen. Eredményük szerint

Az eddig felfedezett neutroncsillagok többségének a tömege 1,4-szerese a Napénak, de ismerünk nehezebbeket is, például a PSR J0348 + 0432 néven ismert forgó neutroncsillagot (más néven pulzárt), amely 2,01 naptömegű. A kutatócsoport biztosnak tartja, hogy a kapott érték hibáját tekintve 1-2 százalékponton belüli a pontosságuk. A kutatás Rezzolla egy korábbi munkáján alapult, és a neutroncsillagok esetén lehetséges elméleti legnagyobb sűrűséggel számították.

Az elméleti kutatás szépsége az, hogy előrejelzést tehetsz. Az elméletnek azonban mérési eredményekre van szüksége ahhoz, hogy csökkenjen a bizonytalansága. Éppen ezért volt nagyszerű, hogy egy olyan kettős neutroncsillag egyesülését figyelhettük meg, amely tőlünk több millió fényévre történt. A mérési adatok kombinálása az elméleti munkával lehetővé tette, hogy megoldjuk a korábban rengeteg spekulációt maga után vonó rejtélyt

– mondta Rezzolla.

(Borítókép:  QAI Publishing / UIG / Getty Images Hungary)