Bildkredit: ESA
Strax efter Big Bang trodde man att allt ämnet i universum var uppdelat i dess minsta komponenter. Med hjälp av rymdteleskopet XMM-Newton försöker ett team av astronomer beräkna "kompaktheten" hos flera neutronstjärnor - för att se om de går utöver densiteten för normal materia.
En bråkdel av en sekund efter Big Bang, all den primära soppan i universum "bröts" i sina mest grundläggande beståndsdelar. Man trodde att den försvann för alltid. Men forskare misstänker starkt att den exotiska soppan med löst material fortfarande kan hittas i dagens universum, i kärnan i vissa mycket täta föremål som kallas neutronstjärnor.
Med ESA: s rymdteleskop XMM-Newton är de nu närmare att testa denna idé. För första gången har XMM-Newton kunnat mäta påverkan från en neutronstjärnas gravitationsfält på det ljus som den avger. Denna mätning ger mycket bättre inblick i dessa objekt.
Neutronstjärnor är bland de tätaste föremålen i universum. De packar solens massa i en sfär 10 kilometer över. En bit av sockerkubstorlek av neutronstjärna väger över en miljard ton. Neutronstjärnor är resterna av exploderande stjärnor upp till åtta gånger massivare än vår sol. De slutar sitt liv i en supernovaexplosion och kollapsar sedan under sin egen allvar. Deras interiör kan därför innehålla en mycket exotisk form av materia.
Forskare tror att i en neutronstjärna är densiteten och temperaturen lik de som finns en bråkdel av en sekund efter Big Bang. De antar att när materien är tätt packad som i en neutronstjärna, genomgår det viktiga förändringar. Protoner, elektron och neutroner? atomens komponenter - smälter samman. Det är möjligt att även byggstenarna av protoner och neutroner, de så kallade kvarkarna, krossas ihop, vilket ger upphov till en slags exotisk plasma av 'upplöst' materia.
Hur ta reda på det? Forskare har spenderat decennier för att identifiera materiens natur i neutronstjärnor. För att göra detta måste de känna till några viktiga parametrar mycket exakt: om du känner till en stjärns massa och radie, eller förhållandet mellan dem, kan du få dess kompakthet. Inget instrument har dock avancerats tillräckligt för att utföra de mätningar som behövs, tills nu. Tack vare ESAs XMM-Newton-observatorium har astronomer för första gången kunnat mäta massan-till-radieförhållandet för en neutronstjärna och få de första ledtrådarna till dess sammansättning. Dessa antyder att neutronstjärnan innehåller normalt, icke-exotiskt ämne, även om de inte är avgörande. Författarna säger att detta är ett viktigt första steg? och de kommer att fortsätta med sökningen.
Hur de fick denna mätning är en första i astronomiska observationer och det anses vara en enorm prestation. Metoden består i att bestämma neutronstjärnans kompakthet på ett indirekt sätt. En neutronstjärnas tyngdkraft är enorm - tusentals miljoner gånger starkare än jordens. Detta gör att ljuspartiklarna som släpps ut av neutronstjärnan tappar energi. Denna energiförlust kallas en gravitativ "röd växling". Mätningen av denna röda förskjutning av XMM-Newton indikerade styrkan hos gravitationen och avslöjade stjärnans kompakthet.
"Detta är en mycket exakt mätning som vi inte kunde ha gjort utan både XMM-Newtons höga känslighet och dess förmåga att skilja detaljer," säger Fred Jansen, ESA: s XMM-Newton-projektforskare.
Enligt huvudförfattaren till upptäckten, Jean Cottam, från NASA: s Goddard Space Flight Center, "försök att mäta gravitationsrödskiftet gjordes direkt efter att Einstein publicerade den allmänna relativitetsteorin, men ingen hade någonsin kunnat mäta effekt i en neutronstjärna, där den skulle vara enorm. Detta har nu bekräftats. ”
Originalkälla: ESA News Release
