Международная исследовательская группа впервые объединила данные экспериментов с тяжелыми ионами, измерений гравитационных волн и других астрономических наблюдений, используя передовое теоретическое моделирование, чтобы более точно ограничить свойства ядерной материи, которую можно найти внутри нейтронных звезд. Результаты были опубликованы в журнале Nature.
По всей Вселенной нейтронные звезды рождаются в результате взрывов сверхновых, которые знаменуют конец жизни массивных звезд. Иногда нейтронные звезды связаны в двойные системы и в конечном итоге сталкиваются друг с другом. Эти высокоэнергетические астрофизические явления характеризуются такими экстремальными условиями, что они производят большинство тяжелых элементов , таких как серебро и золото. Следовательно, нейтронные звезды и их столкновения являются уникальными лабораториями для изучения свойств материи при плотностях, намного превышающих плотности внутри атомных ядер. Эксперименты по столкновению тяжелых ионов, проводимые с помощью ускорителей частиц , являются дополнительным способом получения и исследования вещества с высокой плотностью и в экстремальных условиях.
Новое понимание фундаментальных взаимодействий в ядерной материи
«Сочетание знаний из ядерной теории, ядерных экспериментов и астрофизических наблюдений необходимо для того, чтобы пролить свет на свойства богатого нейтронами вещества во всем диапазоне плотностей, исследуемых в нейтронных звездах», — сказала Сабрина Хут из Института ядерной физики Технического университета Дармштадта. который является одним из ведущих авторов публикации. Питер Т. Х. Панг, еще один ведущий автор из Института гравитационной и субатомной физики (GRASP) Утрехтского университета, добавил: «Мы обнаружили, что ограничения, полученные в результате столкновений ионов золота с ускорителями частиц, демонстрируют замечательную согласованность с астрофизическими наблюдениями, даже если они получены с помощью совершенно разные методы».
Недавний прогресс в астрономии с несколькими мессенджерами позволил международной исследовательской группе, в которую вошли исследователи из Германии, Нидерландов, США и Швеции, по-новому взглянуть на фундаментальные взаимодействия в ядерной материи . В междисциплинарных усилиях исследователи включили информацию, полученную при столкновениях тяжелых ионов, в структуру, сочетающую астрономические наблюдения электромагнитных сигналов, измерения гравитационных волн и высокопроизводительные астрофизические вычисления с теоретическими расчетами ядерной физики . Их систематическое исследование впервые объединяет все эти отдельные дисциплины, указывая на более высокое давление при промежуточных плотностях в нейтронных звездах .
Включены данные о столкновениях тяжелых ионов
Авторы включили информацию из экспериментов по столкновению ионов золота, проведенных в GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung в Дармштадте, а также в Брукхейвенской национальной лаборатории и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в США, в свою многоэтапную процедуру, которая анализирует ограничения ядерной теории и астрофизических наблюдений. включая измерения массы нейтронных звезд с помощью радионаблюдений, информацию от миссии «Исследователь внутреннего состава нейтронных звезд» (NICER) на Международной космической станции (МКС) и наблюдения за слияниями двойных нейтронных звезд с помощью нескольких мессенджеров.
Теоретики-ядерщики Сабрина Хут и Ахим Швенк из Технического университета Дармштадта и Инго Тьюс из Лос-Аламосской национальной лаборатории сыграли ключевую роль в переводе информации, полученной при столкновениях тяжелых ионов, в материю нейтронных звезд, что необходимо для учета ограничений астрофизики.
Включение в анализ данных о столкновениях тяжелых ионов позволило ввести дополнительные ограничения в области плотности, где ядерная теория и астрофизические наблюдения менее чувствительны. Это помогло обеспечить более полное понимание плотной материи. В будущем улучшенные ограничения от столкновений тяжелых ионов могут сыграть важную роль в объединении ядерной теории и астрофизических наблюдений, предоставляя дополнительную информацию. Это особенно верно для экспериментов, которые исследуют более высокие плотности, и уменьшение экспериментальных неопределенностей имеет большой потенциал для создания новых ограничений для свойств нейтронных звезд. Новая информация с обеих сторон может быть легко включена в структуру для дальнейшего улучшения понимания плотной материи в ближайшие годы.
