neutronstjärnor är de stjärnkroppar som finns kvar när en massiv stjärna går supernova. De är ofattbart täta: en matsked neutronstjärna placerad på jordens yta skulle väga ungefär lika mycket som Mount Everest (medan en matsked av solen skulle väga så lite som ca 5 pund).

och medan massområdet av neutronstjärnor har varit relativt väl begränsat genom åren, har det varit svårare att fastställa exakt hur breda de är. De flesta astronomer tror dock att massan är packad i en sfär ungefär lika stor som en stad. nu har en ny studie kombinerat gravitationsvågsmätningar med andra tekniker för att placera de bästa begränsningarna ännu på deras storlek. Uppskattningen tyder på att en typisk neutronstjärna är cirka 13,7 mil över. Den storleken har intressanta konsekvenser för vad som händer när de kommer för nära ett annat av kosmos mest mystiska föremål: svarta hål. De nya storleksresultaten indikerar att ett svart hål kan svälja en neutronstjärnahela under många omständigheter — vilket ger lite bevis för att jordbaserade astronomer kan avslöja med konventionella teleskop.

hur neutronstjärnor bildar

massiva stjärnor exploderar när de avgaser sina gaser som används för kärnfusion. När ett våldsamt utbrott av material bryter ut i alla riktningar kondenseras det som finns kvar till en neutronstjärna. Om en stjärna är tillräckligt massiv kan resterna kondenseras ytterligare till ett svart hål.

men ensamma stjärnor som vår sol är i minoritet i vårt universum. De flesta stjärnor finns i flera system. Och när två stora stjärnor utvecklas sida vid sida kan dessa främmande solsystem sluta med två neutronstjärnor, två svarta hål eller ett av varje. Under de senaste åren har astronomer börjat upptäcka dessa system tack vare gravitationsvågorna som kastas ut när de dör-spiral in i varandra. Så gjorde astronomer nyligen en extremt noggrann mätning av en neutronstjärnas storlek. under 2017 tog Laserinterferometern Gravitational-wave Observatory (LIGO) i USA och Virgo-detektorn i Italien upp en gravitationsvågssignal som antydde att två neutronstjärnor hade kolliderat cirka 120 miljoner ljusår bort. Strax efter började traditionella observatorier se kollisionen i elektromagnetiska våglängder. Dessa upptäckter Bar oöverträffade insikter i objektens massa och spinn.

Neutron Star Size

ett team ledt av forskare vid Albert Einstein Institute (AEI) i Tyskland tog dessa observationer och kombinerade dem sedan med modeller av hur subatomära partiklar beter sig under de extremt täta förhållandena inuti neutronstjärnor. Även om det är omöjligt att återskapa sådana förhållanden i laboratorier på jorden, visade fysikerna att de kunde använda befintlig teori för att extrapolera sina beräkningar från de minsta skalorna ut till vad som händer i avlägsna neutronstjärnor.deras resultat tyder på att neutronstjärnor måste vara mellan 13 och 15 miles över. Och en typisk neutronstjärna bör vara cirka 13,7 mil bred. Uppskattningarna sätter hårdare begränsningar för neutronstjärnans storlek än tidigare studier.

”neutronstjärnor innehåller den tätaste materien i det observerbara universum”, säger AEI-forskaren och studieförfattaren Collin Capano i en media release. ”Faktum är att de är så täta och kompakta att du kan tänka på hela stjärnan som en enda atomkärna, skalad upp till storleken på en stad. Genom att mäta dessa objekts egenskaper lär vi oss om den grundläggande fysiken som styr materia på subatomär nivå.”

sväljas av ett svart hål

den diminutiva diametern är tillräckligt liten för att en neutronstjärna som kretsar i tandem med ett svart hål till och med kan sväljas helt när den blir för nära. Astronomer har ivrigt tittat på kollisioner med svart hål-neutronstjärna. De förväntade sig att dessa sammanslagningar skulle avge stark elektromagnetisk strålning – den typ av ljus som är synligt av typiska observatorier tillbaka på jorden.

men om neutronstjärnan inte strimlas när de två sammanfogas, skulle inget ljus emitteras som jordbaserade teleskop kunde upptäcka, enligt den nya studien. Samtidigt skulle gravitationsvågdetektorer sannolikt inte kunna se skillnaden mellan att slå samman svarta hål och en blandad sammanslagning.

”Vi har visat att neutronstjärnan i nästan alla fall inte kommer att rivas sönder av det svarta hålet och snarare sväljas hela”, Sa Capano. ”Först när det svarta hålet är mycket litet eller snabbt snurrar kan det störa neutronstjärnan innan den sväljs; och först då kan vi förvänta oss att se någonting förutom gravitationsvågor.”

astronomer borde inte behöva vänta för länge för att ta reda på om den här tanken är rätt. Världens gravitationsdetektorer kommer att växa alltmer kraftfulla under de kommande åren. Om neutronstjärna-svarta hålkollisioner visar sig sällsynta än väntat, vet de åtminstone varför.

resultaten publicerades 9 mars i tidskriften Nature Astronomy.