Sternenbeben verändern das Verständnis der Kernmaterie

Sternbeben sind wie Erdbeben, nur in Neutronensternen. Ihre Erforschung verspricht, das Verständnis der Wissenschaftler über die Eigenschaften von Neutronensternen und Kernmaterie zu verändern.

Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung der Universität Bath haben das Potenzial, die derzeitigen Methoden zur Untersuchung von Kernmaterie in Frage zu stellen, was nicht nur für die Zukunft der Kernphysik und Astronomie, sondern auch für Gesundheit, Sicherheit und Energie von Bedeutung ist.

Was ist Asteroseismologie?

Neutronensterne sind die Überreste massereicher Sterne, die ihren gesamten Brennstoff verbraucht haben; sie kollabieren unter ihrer eigenen Schwerkraft und werden zu kompakten Objekten, die die dichteste Materie im Universum enthalten. Diese extremen Bedingungen bedeuten, dass die Eigenschaften der Materie in ihrem Inneren Informationen über die elementare Natur der Materie liefern können , die Experimente auf der Erde nicht aufdecken können.

Wissenschaftler untersuchten die Asteroseismologie(stellare Schwingungen) von Neutronensternen von der Erde aus mit leistungsstarken Teleskopen, um detaillierte Informationen über die Vorgänge in ihrem Inneren zu erhalten.

Die Asteroseismologie kann genutzt werden, um Vorhersagen über Kernmaterie zu testen, wie z. B. die Chirale Effektive Feldtheorie, eine beliebte Technik zur Modellierung von Kernmaterie unter extremen Bedingungen. Die Theorie ist der Schlüssel zu einem besseren Verständnis des Universums, aber die genaue Messung von Neutronensternen ist eine große Herausforderung, so dass sich die Wissenschaftler eher auf die Untersuchung ihrer grundlegenden, großmaßstäblichen Eigenschaften konzentrieren als auf die feineren Details.

Die Asteroseismologie könnte das ändern: "Wir schlagen vor, dass die Asteroseismik in naher Zukunft genutzt werden könnte, um detaillierte Informationen über die Materie im Inneren von Neutronensternen zu erhalten und so Theorien wie die chirale effektive Feldtheorie zu testen", sagt Dr. David Tsang.

Dr. Duncan Neill sagt, dass die vorgeschlagenen asteroseismischen Techniken bestehende Instrumente nutzen, "um neue Anwendungen für bestehende Teleskope zu finden und die Werkzeuge der Kernphysik zu erweitern, ohne dass teure Neuentwicklungen erforderlich sind."

"Im weiteren Verlauf dieser Arbeit könnten wir feststellen, dass wir mit Hilfe der Asteroseismik die Eigenschaften von Materie unterschiedlicher Dichte in Neutronensternen genau bestimmen können, so dass die Astronomie bei der Entwicklung neuer kernphysikalischer Techniken eine Vorreiterrolle einnehmen kann", fügt er hinzu.

Verknüpfung der Forschung

Die Kernphysiker von heute wollen ihr Verständnis der Eigenschaften und des Verhaltens von Kernmaterie wie Protonen und Neutronen erweitern; dies ist von entscheidender Bedeutung für ein besseres Verständnis der Grundbausteine des Universums und der sie steuernden Kräfte.

"Unsere Ergebnisse versprechen, die von Kernphysikern verwendeten Werkzeuge zu ergänzen oder zu verändern und Astronomie und Kernphysik näher zusammenzubringen", fügt Neill hinzu. "Diese Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutung, die astronomische Beobachtungen für die Kernphysik haben könnten, und helfen dabei, Forschungsbereiche zu verbinden, die traditionell getrennt waren."

Die Ergebnisse der Studie tragen zur Entwicklung der Kerntheorie bei, die Techniken wie Strahlentherapie und diagnostische Bildgebung im Gesundheitswesen verbessern, die sichere Wartung und Entwicklung von Kernwaffen für die nationale Sicherheit gewährleisten und bei der Entwicklung sicherer und effizienter Kernenergie helfen kann, was zu verbesserten Reaktoren und neuen Energiequellen führt.

Quellenhinweis:

Resonant shattering flares as asteroseismic tests of chiral effective field theory, Physical Letters C, 27^th January 2025, Neill, D., Tsang, D et al.