Nach einer Kollision von Neutronensternen taucht ein neues Himmelsobjekt auf, ein sogenannter Überrest, der in Geheimnisse gehüllt ist. Wissenschaftler sind noch immer dabei, seine Geheimnisse zu lüften, darunter auch, ob er zu einem schwarzen Loch kollabiert und wie schnell dies passieren könnte.
Wissenschaftler der Pennsylvania State University haben mithilfe von Supercomputersimulationen mit allgemein-relativistischer Neutrino-Strahlungshydrodynamik die innere Struktur dieser Überreste verschmelzender Neutronensterne erforscht. Außerdem haben sie untersucht, wie sich der Überrest durch die Emission von Neutrinos abkühlt.
Durch die Beobachtung der Verschmelzung von Neutronensternen im Weltraum erhalten Wissenschaftler Einblicke in das Verhalten von Kernmaterie unter extremen Bedingungen, die auf der Erde nicht reproduziert werden können.
Kernmaterie ist eine hypothetische Substanz, die aus Protonen und Neutronen besteht, die durch die starke Kraft zusammengehalten werden. Besonders interessant für Wissenschaftler ist die Frage, ob der Druck der starken Kraft die Entstehung schwarzer Löcher verhindern kann.
Für die Studie veröffentlicht in Das Astrophysical Journal, Die Wissenschaftler nutzten die Rechenressourcen des National Energy Research Scientific Computing Center des Energieministeriums, des Leibniz-Rechenzentrums in (Deutschland) und des Institute for Computational and Data Science der Pennsylvania State University.
Die Forscher fanden heraus, dass die Überreste verschmelzender Neutronensterne aus einem zentralen Objekt bestehen, das den Großteil der Masse des Systems ausmacht und von einem Ring aus heißer, schnell rotierender Materie umgeben ist, die einen kleinen Bruchteil der Masse, jedoch einen großen Teil des Drehimpulses besitzt.
Anders als bei den meisten Sternen ist die Temperatur an der Oberfläche des inneren Überrests höher als in seinem Kern. Daher ist nicht damit zu rechnen, dass sich beim Abkühlen des Überrests durch die Emission von Neutrinos konvektive Federn bilden.
Diese Forschung ist ein Ausgangspunkt für die Identifizierung astronomischer Signale, die bei der Beantwortung von Fragen zur Entstehung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern helfen könnten.
Mehr Informationen:
David Radice et al., Ab-initio allgemein-relativistische Neutrino-Strahlungs-Hydrodynamik-Simulationen von langlebigen Überresten aus Neutronensternfusionen bis hin zu Neutrino-Abkühlungszeitskalen, Das Astrophysikalische Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/ad0235