Neutronstjärnor är gjorda av kyla, ultratät materia. Hur denna materia beter sig är ett av de största mysterierna inom modern kärnfysik. Forskare har utvecklat en ny metod för att mäta neutronstjärnans radie för att förstå vad som händer med materien inuti stjärnan under extremt tryck.

Metoden bygger på att modellera hur termonukleär explosion i stjärnans översta skikt avger röntgenstrålar. Genom att jämföra den observerade röntgenstrålningen från neutronstjärnor med de modernaste teoretiska strålningsmodellerna, forskare kunde sätta begränsningar på storleken på den emitterande källan. Denna nya analys tyder på att neutronstjärnans radie bör vara cirka 12,4 kilometer.

"Tidigare mätningar har visat att radien för en neutronstjärna är cirka 10 till 16 kilometer. Vi begränsade den till cirka 12 kilometer med cirka 400 meters noggrannhet, eller kanske 1000 meter om man vill vara riktigt säker. Därför, den nya mätningen är en klar förbättring jämfört med tidigare, säger doktorand Joonas Nättilä från Åbo universitet som utvecklat metoden.

De nya mätningarna hjälper forskare att studera vilken typ av kärnfysikaliska förhållanden som finns inuti extremt täta neutronstjärnor. Forskare är särskilt intresserade av att bestämma tillståndsekvationen för neutronmateria, vilket visar hur komprimerbart ämnet är vid extremt höga densiteter.

"Tätheten av neutronstjärnans materia är cirka 100 miljoner ton per kubikcentimeter. För närvarande, neutronstjärnor är de enda objekt som förekommer i naturen med vilka dessa typer av extrema materiatillstånd kan studeras, säger Juri Poutanen, ledaren för forskargruppen.

De nya resultaten hjälper också till att förstå de nyligen upptäckta gravitationsvågorna som härrörde från kollisionen mellan två neutronstjärnor. Det var därför LIGO/VIRGO-konsortiet som upptäckte dessa vågor var snabba med att jämföra sina senaste observationer med de nya begränsningarna som de finska forskarna fick.

"Den specifika formen på gravitationsvågssignalen är starkt beroende av neutronstjärnornas radier och tillståndsekvationen. Det är väldigt spännande hur dessa två helt olika mätningar berättar samma historia om neutronstjärnornas sammansättning. Nästa naturliga steg är att kombinera dessa två resultat. Vi har redan fört aktiva diskussioner med våra kollegor om hur man gör detta, säger Nättilä.