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La fusión de estrellas de neutrones arroja luz sobre la materia fundamental

La fusión de estrellas de neutrones arroja luz sobre la materia fundamental

Los principales investigadores han compartido sus cálculos de cómo se vería la firma de fase de dos estrellas de neutrones fusionadas en una onda gravitacional. Medir las ondas gravitacionales de dos estrellas de neutrones fusionadas ofrece la oportunidad de responder preguntas subyacentes sobre la estructura de la materia.

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Los científicos creen que tal fusión crearía temperaturas y densidades extremadamente altas que es probable una transición de fase en la que los neutrones se disuelvan en sus constituyentes: quarks y gluones. Los cálculos basados ​​en tal evento han sido delineados por grupos de investigación de los grupos de investigación de Frankfurt, Darmstadt y Ohio (Universidad de Goethe / FIAS / GSI / Universidad de Kent) así como de Darmstadt y Wroclaw (GSI / Universidad de Wroclaw) y publicados en la edición reciente de Physical Review Letters.

Los quarks van solos

Los quarks nunca se observan solos en la naturaleza. Los bloques de construcción fundamentales de la materia siempre están estrechamente unidos dentro de los protones y neutrones. Sin embargo, las estrellas de neutrones con tanta masa como el sol pero un tamaño físico tan pequeño como una ciudad como Frankfurt tienen un núcleo tan denso que puede ocurrir una transición de materia de neutrones a materia de quarks.

Conocido por los físicos como una transición de fase, el evento es principalmente posible cuando las estrellas de neutrones fusionadas se unen y forman un objeto con densidades superiores a las de los núcleos atómicos y con una temperatura 10.000 veces mayor que en el núcleo del Sol.

La desviación en las ondas señala hechizos de cosas más grandes

Los investigadores proponen que la medición de ondas gravitacionales emitidas por la fusión de estrellas de neutrones podría servir como mensajero de posibles transiciones de fase en el espacio exterior. Los grupos de investigación utilizaron supercomputadoras para calcular cómo podría verse esta firma.

"Con la ayuda de las ecuaciones de Einstein, pudimos demostrar por primera vez que este cambio sutil en la estructura producirá una desviación en la señal de la onda gravitacional hasta que la estrella de neutrones masiva recién formada colapsa bajo su propio peso para formar una estrella negra. agujero ", explica Luciano Rezzolla, quien es profesor de astrofísica teórica en la Universidad Goethe.

Los físicos esperan una mejor tecnología

El Dr. Andreas Bauswein de GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Darmstadt descubrió que en sus modelos informáticos ya se produce una transición de fase directamente después de la fusión: se forma un núcleo de materia de quarks en el interior del objeto central.

"Logramos demostrar que en este caso habrá un cambio distinto en la frecuencia de la señal de la 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". No todas las señales de ondas gravitacionales se pueden medir con la tecnología actual.

Sin embargo, se espera que sean observables a medida que mejore la tecnología. Se han diseñado experimentos adicionales para responder a otras preguntas sobre la materia de los quarks. Uno de ellos implica la colisión de iones pesados ​​en la configuración HADES existente en GSI y en el futuro detector CBM en la Instalación de Investigación de Antiprotones e Iones (FAIR).


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