La opción de medir las ondas gravitacionales de dos estrellas de neutrones fusionadas ha ofrecido la oportunidad de responder algunas de las preguntas fundamentales sobre la estructura de la materia. A las temperaturas y densidades extremadamente altas en la fusión, los científicos conjeturan una transición de fase donde los neutrones se disuelvenen sus componentes: quarks y gluones. En la edición actual de Cartas de revisión física , dos grupos de investigación internacionales informan sobre sus cálculos de cómo sería la firma de tal transición de fase en una onda gravitacional.
Los Quarks, los bloques de construcción más pequeños de la materia, nunca aparecen solos en la naturaleza. Siempre están estrechamente unidos dentro de los protones y neutrones. Sin embargo, las estrellas de neutrones pesan tanto como el Sol, pero tienen el tamaño de una ciudad comoFrankfurt, posee un núcleo tan denso que puede ocurrir una transición de la materia de neutrones a la materia de quark. Los físicos se refieren a este proceso como una transición de fase, similar a la transición de líquido-vapor en el agua. En particular, tal transición de fase es en principio posibleCuando se fusionan, las estrellas de neutrones forman un objeto metaestable muy masivo con densidades superiores a la de los núcleos atómicos y con temperaturas 10.000 veces más altas que en el núcleo del Sol.
La medición de ondas gravitacionales emitidas por la fusión de estrellas de neutrones podría servir como mensajera de posibles transiciones de fase en el espacio exterior. La transición de fase debe dejar una firma característica en la señal de onda gravitacional. Los grupos de investigación de Frankfurt, Darmstadt y Ohio Goethe University / FIAS / GSI / Kent University, así como de Darmstadt y Wroclaw GSI / Wroclaw University usaron supercomputadoras modernas para calcular cómo podría ser esta firma. Para este propósito, usaron diferentes modelos teóricos de la transición de fase.
En caso de que se produzca una transición de fase más después de la fusión real, pequeñas cantidades de quarks aparecerán gradualmente en todo el objeto fusionado. "Con la ayuda de las ecuaciones de Einstein, pudimos demostrar por primera vez que este cambio sutil en ella estructura producirá una desviación en la señal de onda gravitacional hasta que la estrella de neutrones masiva recién formada se colapse por su propio peso para formar un agujero negro ", explica Luciano Rezzolla, profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Goethe.
En los modelos de computadora del Dr. Andreas Bauswein de GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Darmstadt, una transición de fase ya ocurre directamente después de la fusión: se forma un núcleo de materia de quark en el interior del objeto central ". Logramos demostrar eso enen este caso habrá un cambio distinto en la frecuencia de la señal de onda gravitacional ", dice Bauswein." Por lo tanto, identificamos un criterio medible para una transición de fase en ondas gravitacionales de fusiones de estrellas de neutrones en el futuro ".
Todavía no todos los detalles de la señal de onda gravitacional son medibles con los detectores actuales. Sin embargo, serán observables tanto con la próxima generación de detectores, como con un evento de fusión relativamente cercano a nosotros. Un enfoque complementario paraLa respuesta a las preguntas sobre la materia del quark es ofrecida por dos experimentos: al colisionar iones pesados en la configuración HADES existente en GSI y en el futuro detector CBM en la Instalación para Investigación de Antiprotones e Iones FAIR, que actualmente está en construcción en GSI, comprimidose producirá materia nuclear. En las colisiones, podría ser posible crear temperaturas y densidades similares a las de una fusión de estrellas de neutrones. Ambos métodos dan nuevas ideas sobre la ocurrencia de transiciones de fase en la materia nuclear y, por lo tanto, sobre su fundamentalpropiedades.
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Materiales proporcionado por Asociación Helmholtz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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