Neutronensterren zijn de boze geesten van reuzensterren: hete kernen van exotische materie die zijn overgebleven van supernova's. Als thermosflessen gevuld met hete noedelsoep, duurt het eonen om af te koelen. Maar nu denken onderzoekers te weten hoe deze sterren het doen: met een gigantische portie pasta.
Nee, deze te dichte stellaire lijken zijn niet gevuld met spaghetti. In plaats daarvan koelen neutronensterren af, waardoor etherische deeltjes vrijkomen die bekend staan als neutrino's. En nieuw onderzoek toont aan dat ze deze taak volbrengen dankzij een intermediair type materie dat bekend staat als nucleaire pasta, een golvend, opgerold materiaal waarin de atomen bijna, maar niet helemaal, met elkaar vermengd zijn. Deze nucleaire pastastructuur creëert gebieden met een lage dichtheid in de sterren, waardoor neutrino's en warmte kunnen ontsnappen.
Een theelepel materie verzameld van het oppervlak van een neutronenster zou miljarden tonnen wegen, meer dan alle mensen op aarde samen. Een dergelijke dichtheid helpt het de warmte zeer goed vast te houden. En terwijl onze zon, die als een gele dwerg wordt beschouwd, veel van zijn warmte als licht afgeeft, komen lichtdeeltjes die in een neutronenster worden geproduceerd zelden naar de oppervlakte om te ontsnappen. Deze gewelddadige sterren - elk ongeveer zo groot als een Amerikaanse stad - kalmeren echter uiteindelijk, voornamelijk door het vrijgeven van neutrino's.
"De pasta is iets tussen nucleaire materie en gewone materie", zei co-auteur Charles Horowitz, een natuurkundige aan de Universiteit van Illinois. "Als je de materie heel, heel hard in een neutronenster knijpt, zullen de kernen steeds dichter bij elkaar komen en uiteindelijk beginnen te botsen", vertelde Horowitz aan WordsSideKick.com. "En als ze beginnen te botsen, gebeuren er vreemde dingen."
Op een gegeven moment stijgt de druk zo hoog dat de structuur van gewone materie volledig instort tot een ongedifferentieerde nucleaire bouillon. Maar net voordat dat gebeurt, is er een pastagebied.
Wetenschappers weten het grootste deel van het afgelopen decennium dat deze pasta zich in neutronensterren bevindt, net onder hun korsten in het gebied waar gewone materie wordt omgezet in vreemde, slecht begrepen nucleaire materie. En ze wisten ook dat neutrino-emissies helpen om neutronensterren te koelen. Nieuw onderzoek laat zien hoe pasta neutrino's helpt af te weren.
De basisformule voor de vorming van neutrino's in een neutronenster is eenvoudig: het neutron vervalt en verandert in een iets lichter proton met lage energie en een ultralicht neutrino. Dit is een eenvoudig proces waarvan bekend is dat het ergens in de ruimte plaatsvindt, inclusief onze zon. Maar om dit recept te laten werken, moeten de juiste voorwaarden aanwezig zijn. En in een neutronenster zien de omstandigheden er niet zo uit. De onderzoekers toonden aan dat neutrino-emissies uit de kernpasta waarschijnlijk veel efficiënter zijn dan neutrino-emissies uit de kern van een neutronenster. Dit betekent dat de meeste koeling door de pasta wordt veroorzaakt.
Volgens Horowitz suggereert dit onderzoek wel dat neutronensterren langzamer afkoelen dan verwacht. Ze leven dus langer. Volgens hem zal de geschiedenis van de ruimte-tijd moeten worden veranderd om rekening te houden met hun bovennatuurlijke weerstand tegen extreme hitte gedurende eonen.
Lees ook: