neutronstjerner er stjernernes lig efterladt, når en massiv stjerne går supernova. De er ufatteligt tætte: en spisesked neutronstjerne placeret på jordens overflade ville veje omtrent lige så meget som Mount Everest (mens en spisesked af solen ville veje så lidt som omkring 5 pund).

og mens masseområdet af neutronstjerner har været relativt godt begrænset gennem årene, har det været sværere at fastlægge præcist, hvor bredt de er. De fleste astronomer mener imidlertid, at massen er pakket ind i en kugle, der er lige så stor som en by.

nu har en ny undersøgelse kombineret gravitationsbølgemålinger med andre teknikker for at placere de bedste begrænsninger endnu på deres størrelse. Estimatet antyder, at en typisk neutronstjerne er omkring 13,7 miles på tværs. Denne størrelse har interessante konsekvenser for, hvad der sker, når de kommer for tæt på en anden af kosmos’ mest mystiske objekter: sorte huller. De nye størrelsesresultater indikerer, at et sort hul kan sluge en neutronstjerne hel under mange omstændigheder — efterlader lidt bevis for, at jordbaserede astronomer kan afdække med konventionelle teleskoper.

hvordan neutronstjerner dannes

Massive stjerner eksploderer, når de udtømmer deres gasser, der bruges til nuklear fusion. Når et voldsomt udbrud af materiale bryder ud i alle retninger, kondenseres det, der er tilbage, til en neutronstjerne. Hvis en stjerne er massiv nok, kan resten kondensere yderligere til et sort hul.

men ensomme stjerner som vores sol er i mindretal i vores univers. De fleste stjerner findes i flere systemer. Og når to store stjerner udvikler sig side om side, kan disse fremmede solsystemer ende med to neutronstjerner, to sorte huller eller en af hver. I de senere år er astronomer begyndt at opdage disse systemer takket være gravitationsbølgerne, der kastes ud, når de dørspiral ind i hinanden. Sådan foretog astronomer for nylig en ekstremt nøjagtig måling af en neutronstjernes størrelse.

i 2017 hentede Laserinterferometer Gravitationsbølgeobservatoriet (LIGO) i USA og Virgo-detektoren i Italien et gravitationsbølgesignal, der indebar, at to neutronstjerner havde kollideret omkring 120 millioner lysår væk. Kort efter begyndte traditionelle observatorier at se kollisionen i elektromagnetiske bølgelængder. Disse detektioner bragte hidtil uset indsigt i objektets masse og spin.

Neutronstjernestørrelse

et team ledet af forskere ved Albert Einstein Institute (AEI) i Tyskland tog disse observationer og kombinerede dem derefter med modeller for, hvordan subatomære partikler opfører sig under de ekstremt tætte forhold inde i neutronstjerner. Selvom det er umuligt at genskabe sådanne forhold i laboratorier på jorden, viste fysikerne, at de kunne bruge eksisterende teori til at ekstrapolere deres beregninger fra de mindste skalaer ud til hvad der sker i fjerne neutronstjerner.deres resultater tyder på, at neutronstjerner skal være mellem 13 og 15 miles på tværs. Og en typisk neutronstjerne skal være omkring 13,7 miles bred. Estimaterne lægger strammere begrænsninger på neutronstjernestørrelse end tidligere undersøgelser. “neutronstjerner indeholder det tætteste stof i det observerbare univers,” sagde AEI-forsker og studieforfatter Collin Capano i en medieudgivelse. “Faktisk er de så tætte og kompakte, at du kan tænke på hele stjernen som en enkelt atomkerne, skaleret op til størrelsen af en by. Ved at måle disse objekters egenskaber lærer vi om den grundlæggende fysik, der styrer materie på det subatomære niveau.”

slugt af et sort hul

den diminutive diameter er lille nok til, at en neutronstjerne, der kredser sammen med et sort hul, endda kan sluges helt, når den kommer for tæt. Astronomer har ivrigt kigget efter sorte hul-neutronstjernekollisioner. De forventede, at disse fusioner ville udsende stærk elektromagnetisk stråling — den slags lys, der er synlig af typiske observatorier tilbage på jorden.

men hvis neutronstjernen ikke makuleres, når de to fusionerer, ville der ikke blive udsendt noget lys, som jordbaserede teleskoper kunne opdage, ifølge den nye undersøgelse. Samtidig ville gravitationsbølgedetektorer sandsynligvis ikke være i stand til at fortælle forskellen mellem fusion af sorte huller og en blandet fusion. “vi har vist, at neutronstjernen i næsten alle tilfælde ikke vil blive revet fra hinanden af det sorte hul og snarere sluges hele,” sagde Capano. “Først når det sorte hul er meget lille eller hurtigt spinder, kan det forstyrre neutronstjernen, før den sluges; og først da kan vi forvente at se noget udover gravitationsbølger.”

astronomer skal ikke vente for længe for at finde ud af, om denne ide er rigtig. Verdens gravitationsdetektorer vil vokse mere og mere magtfulde i de kommende år. Hvis neutronstjerne-sorte hulkollisioner viser sig sjældnere end forventet, ved de i det mindste hvorfor.

resultaterne blev offentliggjort 9.Marts i tidsskriftet Nature Astronomy.