Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Een nieuwe blik op neutronensterren via macroscopische en microscopische botsingen

Een artistieke impressie van twee botsende neutronensterren, waarbij een kilonova en gravitatiegolven ontstaan. Figuur: University of Warwick - Mark Garlick.

NTvN 90-04

Het aprilnummer is uit!

Zwaartekrachtgolfdetector LISA

De Europese Ruimtevaartorganisatie ESA heeft groen licht gegeven voor de lancering van de zwaartekrachtgolfdetector LISA. Lees meer over deze detector in het aprilnummer. Credits: ESA–C.Carreau.

Vorige Volgende

Artikel

Een nieuwe blik op neutronensterren via macroscopische en microscopische botsingen

Gepubliceerd: 1 March 2023 11:19

Meer dan een halve eeuw na hun ontdekking stellen neutronensterren ons nog steeds voor raadsels. Alle vier de bekende natuurkrachten spelen een rol in hun interne structuur, waardoor ze tot de fascinerendste objecten in het heelal behoren. Tegelijk maakt die rijkdom aan krachten het moeilijk om betrouwbare theoretische modellen op te stellen. In de laatste vijf jaar is er echter een waaier aan astrofysische observaties beschikbaar gekomen die empirische input kunnen geven. Sinds kort is er ook hulp uit onverwachte hoek: botsingen van zware ionen in deeltjesversnellers op Aarde.

Auteur: Chris Van Den Broeck

Materie bij de grootste dichtheden
Neutronensterren zijn de compactste sterren die er bestaan; als je ze verder in elkaar zou persen, dan storten ze in en vormen ze een zwart gat. De enorme druk in hun binnenste – meer dan 1034 Pa – dwingt protonen en elektronen om zich te verenigen tot neutronen. De neutronen vormen een supervloeistof met een dichtheid die oploopt tot 1018 kg/m3, terwijl een deel van de protonen in een supergeleidende toestand terechtkomt. Enorme magnetische velden treden op, tot wel 1015 keer sterker dan het magneetveld van de Aarde. Neutronensterren behoren tot de fascinerendste fysische systemen, omdat alle bekende fundamentele wisselwerkingen meespelen: de sterke kernkracht die beschrijft hoe quarks en gluonen zich verenigen tot baryonen, de zwakke kernkracht die onder meer toelaat dat een proton en een elektron worden omgezet in een neutron en een neutrino, de elektromagnetische kracht, en de zwaartekracht, die in de buurt van een neutronenster zo sterk is dat Einsteins algemene relativiteitstheorie met zijn gekromde ruimtetijd een onmisbaar ingrediënt wordt in de beschrijving.
Omgekeerd kan zo veel fysische rijkdom ook een vloek zijn. In de voorbije decennia zijn er allerlei modellen opgesteld om de macroscopische eigenschappen van neutronensterren te beschrijven vanuit de microscopische fysica die daaraan ten grondslag ligt, maar dat leidde tot wel heel uiteenlopende voorspellingen. Een schijnbaar eenvoudige vraag als ‘wat is de diameter van een neutronenster met gegeven massa?’ leidde tot een veelvoud aan antwoorden, die soms met een factor twee verschilden. Empirische input was dus hard nodig in het bepalen van de toestandsvergelijking van neutronensterren: druk als functie van dichtheid (en temperatuur: daar komen we op terug) of diameter als functie van massa – wat voor deze objecten bijna equivalent is.

Lees het volledige artikel in het maartnummer of bekijk hieronder de pdf.