Material i kärnorna hos gamla vita dvärgar och neutronstjärnornas skorpor komprimeras till ofattbara densiteter av intensiva gravitationskrafter. Det vetenskapliga samfundet tror att denna fråga består av Coulomb -kristaller som bildas vid temperaturer som kan vara så höga som 100 miljoner Kelvin.

Denis A. Baiko och Andrew A. Kozhberov, forskare vid Ioffe Institute i Sankt Petersburg, Ryssland, förtydliga fysiken för dessa kristaller den här veckan i tidningen Plasmas fysik .

En Coulomb -kristall bildas när nakna atomkärnor riktas in i ett gitter vid densiteter och temperaturer där den genomsnittliga kinetiska energin för joner är cirka 175 gånger lägre än den typiska potentiella energin för Coulomb tvingar frånstötningar mellan dem.

Denna studie är den första samtidiga analysen av effekterna av starka magnetfält och elektron screening på jonrörelser i en Coulomb -kristall.

"Detta projekt är den mest detaljerade beskrivningen av dessa kristaller hittills, "Baiko sa." Detta är särskilt viktigt inom astrofysik för vår förståelse av utvecklingen av neutronstjärnor och vita dvärgar. "

När en stjärna tar slut på sin tillförsel av vätgas, den dör och viker för sin egen gravitation. Stjärnor, som vår sol, dö och bilda vita dvärgar, medan större stjärnor bildar neutronstjärnor. Baiko drogs till en realistisk beskrivning av neutronstjärnskorpsmaterial som fick honom att undersöka Coulomb -kristaller.

I studien, forskarna utvecklade en serie beräkningar för att undersöka egenskaperna hos fononer eller vibrationer inom Coulomb -kristallernas gitter. Under experimentet, kristaller med olika densiteter exponerades också för ett temperaturintervall.

Teamet började med en idealisk Coulomb -kristall och ökade gradvis komplexiteten - en polariserbar elektronbakgrund, magnetisering av jonrörelse och flera gitterstrukturer. Var och en av dessa effekter ändrar fononerna på olika sätt. Enligt Baiko, dessa beräkningar kan användas för att förstå termodynamik, kinetiska och elastiska egenskaper hos Coulomb -kristaller i neutronstjärnskorpor och vita dvärgkärnor.

I framtiden, Baiko och hans team vill beräkna elektriska och termiska konduktiviteter hos elektroner på grund av oelastisk elektron-fononspridning i starkt magnetiserade Coulomb-kristaller. Värmeledningsförmågan bestämmer med vilken hastighet värmen transporteras från de heta kärnorna till stjärnornas yta, medan elektrisk konduktivitet krävs för att förstå magnetfältdiffusion och drift. En sådan beräkning skulle göra det möjligt att rekonstruera termiska och magnetiska historier för dessa fascinerande stjärnobjekt.

"Det som är spännande med det här arbetet är att man kan ta hänsyn till flera olika fysiska effekter samtidigt och få nya, upplysande och relevanta resultat med ganska blygsamma medel, "Sa Baiko." Det är trevligt. "