En studie ledd av prof. Fan Yizhong från Purple Mountain Observatory vid den kinesiska vetenskapsakademin har uppnått betydande precision vid bestämning av den övre massagränsen för icke-roterande neutronstjärnor, en central aspekt i studiet av kärnfysik och astrofysik.
Forskarna visade att den maximala gravitationsmassan för en icke-roterande neutronstjärna är cirka 2,25 solmassor med en osäkerhet på bara 0,07 solmassa. Deras studie publiceras i Physical Review D .
Det yttersta ödet för en massiv stjärna är intrikat kopplat till dess massa. Stjärnor som är lättare än åtta solmassor avslutar sin livscykel som vita dvärgar, understödda av elektrondegenerationstryck med en välkänd övre massgräns, Chandrasekhar-gränsen, nära 1,4 solmassor.
För stjärnor tyngre än åtta men lättare än 25 solmassor kommer neutronstjärnor att produceras, som istället huvudsakligen upprätthålls av neutrondegenerationstryck. För icke-roterande neutronstjärnor finns det också en kritisk gravitationsmassa (d.v.s. MTOV ) känd som Oppenheimer-gränsen, över vilken neutronstjärnan kommer att kollapsa till ett svart hål.
Att fastställa en exakt Oppenheimer-gräns är ganska utmanande. Endast lösa gränser kan sättas utifrån den första principen. Många specifika utvärderingar är starkt modellberoende. Den resulterande MTOV är olika och osäkerheterna är stora.
Prof. Fans team har förfinat slutsatsen om MTOV genom att införliva robusta observationer av flera budbärare och tillförlitliga kärnfysikdata, kringgå de osäkerheter som finns i tidigare modeller. Detta inkluderar att utnyttja de senaste framstegen inom mass-/radiemätningar från LIGO/Virgo gravitationsvågsdetektorer och Neutronstjärnan Interior Composition Explorer (NICER).
I synnerhet inkorporerade de informationen om den maximala massavskärningen som härleddes från neutronstjärnans massfördelning och minskade avsevärt parameterutrymmet, vilket ledde till en aldrig tidigare skådad precision i den härledda MTOV . Tre olika modeller för rekonstruktion av tillstånd (EoS) användes för att mildra potentiella systematiska fel, vilket gav nästan identiska resultat för MTOV och motsvarande radie, som är 11,9 km med en osäkerhet på 0,6 km i tre oberoende EoS-rekonstruktionsansatser.
Den exakta utvärderingen av MTOV har djupgående konsekvenser för både kärnfysik och astrofysik. Det indikerar ett måttligt styvt EoS för neutronstjärnans materia och antyder att de kompakta objekten med massor i intervallet cirka 2,5 till 3,0 solmassor, detekterade av LIGO/Jungfrun, är mer sannolikt att vara de lättaste svarta hålen. Dessutom skulle de sammanslagna resterna av binära neutronstjärnsystem som överstiger en total massa på ungefär 2,76 solmassor kollapsa till svarta hål, medan lättare system skulle resultera i bildandet av (supramassiva) neutronstjärnor.
Mer information: Yi-Zhong Fan et al, Maximal gravitationsmassa MTOV=2,25−0,07+0,08M⊙ antydd med cirka 3 % precision med multibudbärardata från neutronstjärnor, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.043052. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2309.12644
Journalinformation: Fysisk granskning D , arXiv
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
