Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Het klinkt bijna als een strikvraag: waar bestaat een neutronenster uit? Neutronen, zou je zeggen. Maar sowieso zijn die niet het hele verhaal: deze overblijfselen van zware sterren bevatten ook kleine percentages protonen en elektronen. Bovendien is het mogelijk dat in hun binnenste een exotische vorm van materie te vinden is die uit losse quarks bestaat. En zwaartekrachtgolven zijn misschien wel hét middel bij uitstek om deze zogenoemde deconfined quark matter aan het licht te brengen, schrijven natuurkundige Fabian Gittins van de Universiteit Utrecht en collega’s in een recent artikel in Physical Review Letters [1].

Auteur: Jean-Paul Keulen

Abrupte overgang
Onder normale omstandigheden komen quarks alleen voor als onderdeel van samengestelde deeltjes zoals protonen en neutronen. Maar de theorie die we gebruiken om te beschrijven hoe quarks bij elkaar worden gehouden, de quantumchromodynamica of QCD, voorspelt dat deze deeltjes bij extreem hoge temperaturen of dichtheden los voorkomen, vertelt Gittins. “We weten alleen niet waar de overgang zit.”

Neutronensterren bieden een mogelijkheid om die grens te identificeren. Het idee is dan dat de neutronen en protonen in het binnenste van deze extreem compacte objecten zo hard op elkaar geperst worden, dat er een faseovergang plaatsvindt van normale materie naar losse quarks. De kern bestaat dan uit deconfined quark matter, met daaromheen een laag van neutronen en enkele protonen en elektronen. Als twee neutronensterren in een spiraal naar elkaar toe bewegen, zou die faseovergang op te merken moeten zijn in de daarbij uitgezonden zwaartekrachtgolven. Tenminste, als die overgang abrupt plaatsvindt in plaats van geleidelijk. “In dat laatste geval zou ik niet weten hoe we hem ooit moeten gaan zien”, geeft Gittins toe.

Lees het volledige artikel in het oktobernummer of klik hier.