En teoretiker i astrofysik vid University of Texas i Arlington leder ett projekt för att studera de explosiva fenomenen med röntgenskurar för att bättre förstå neutronstjärnor.

Nevin Weinberg, docent i fysik, kommer att leda studien, med titeln "Spektral- och strålningshydrodynamiska modeller av fotosfäriska radieexpansionsröntgenskurar." Finansieras av ett treårigt anslag från National Science Foundations avdelning för astronomiska vetenskaper, projektet kommer också att involvera studenter från UTA och fysiker från University of Virginia.

En neutronstjärna bildas när en massiv stjärna exploderar i en supernova och resterna kondenserar och kollapsar på sig själva på grund av extremt kraftfull gravitation. Detta material är packat så tätt att protoner och elektroner kombineras för att göra neutroner - alltså namnet neutronstjärnor.

Om neutronstjärnan är i ett binärt system med en annan stjärna, den kan dra väte- eller heliumrikt material från den andra stjärnan som sedan bildar ett tunt lager på dess yta. När neutronstjärnan når kritisk massa, detta lager antänds i en termonukleär explosion, värma hela neutronstjärnans yta till tiotals miljoner grader Kelvin och släppa ut en plötslig skur av röntgenstrålar.

Cirka 20 % av dessa röntgenskurar är fotosfäriska radiusexpansion (PRE) skurar, där skurens ljusstyrka är så hög att strålningskrafter driver en optiskt tjock vind som lyfter fotosfären (det yttre skalet från vilket ljuset utstrålas) från neutronstjärnans yta.

"Förutom ett svart hål, en neutronstjärna är den tätaste, kompakt känt stjärnobjekt, " sa Weinberg. "Den har en massa som är en och en halv till två gånger massan av vår sol, men en radie på bara 10 kilometer, så det är extremt kompakt. Om du tog en tesked av detta material, den skulle väga mer än en miljard ton.

Studien kommer att använda toppmoderna numeriska simuleringsverktyg för att tillhandahålla den mest sofistikerade simuleringen av PRE-röntgenskurar hittills. Forskarna kommer att jämföra sina resultat direkt med observationer från teleskop.

"Neutronstjärnor är intressanta objekt inte bara för astrofysik, men för grundläggande fysik, ", sa Weinberg. "Vid dessa mycket höga densiteter - tätheter högre än kärnan i en atom - vet vi faktiskt inte hur materia beter sig."

Röntgenskurar har upptäckts av teleskop sedan 1970-talet, men mycket är fortfarande okänt om dem.

"Det är här vårt projekt kommer in. Vi ska försöka förbättra modellerna av röntgenskurar, " Sa Weinberg. "Målet är att förstå dem bättre och att få en bättre överensstämmelse mellan modellerna och observationerna, vilket gör det möjligt för oss att göra mer exakta uttalanden om den underliggande neutronstjärnan som stöder explosionen."

Teamen från UTA och University of Virginia kommer att studera fysiken i PRE-röntgenskurar med en kombination av sofistikerade datormodeller. De förväntade simuleringarna kommer att göra det möjligt för astronomer att bättre förstå neutronstjärnor, förbränningsprocesserna under röntgenskurar, och sammansättningen av vinden som kastas ut under en explosion.

Projektet kommer att ge tre års finansiering för en doktorand i Weinbergs forskargrupp. Det kommer också att göra det möjligt för honom att vara mentor för studenter från UTA:s Louis Stokes Alliances for Minority Participation Summer Research Academy, som ger forskningsmöjligheter för studenter från grupper som historiskt är underrepresenterade inom STEM-utbildning.

Alex Weiss, professor och ordförande för UTA Institutionen för fysik, sade Weinbergs projekt kan ge spännande nya insikter om egenskaperna hos neutronstjärnor.

"Datorsimuleringarna av röntgenskurar som kommer att användas i denna studie, tillsammans med observationer från röntgenteleskop, kan ge svar på några av de frågor vi har om neutronstjärnor, sa Weiss.