Un equipo de investigación internacional ha combinado por primera vez datos de experimentos con iones pesados, mediciones de ondas gravitacionales y otras observaciones astronómicas utilizando modelos teóricos avanzados para restringir con mayor precisión las propiedades de la materia nuclear tal como se puede encontrar en el interior de las estrellas de neutrones. Los resultados se publicaron en la revista Nature .

En todo el universo, las estrellas de neutrones nacen en explosiones de supernovas que marcan el final de la vida de las estrellas masivas. A veces, las estrellas de neutrones están unidas en sistemas binarios y eventualmente chocarán entre sí. Estos fenómenos astrofísicos de alta energía presentan condiciones tan extremas que producen la mayoría de los elementos pesados, como la plata y el oro. En consecuencia, las estrellas de neutrones y sus colisiones son laboratorios únicos para estudiar las propiedades de la materia en densidades mucho más allá de las densidades dentro de los núcleos atómicos. Los experimentos de colisión de iones pesados ​​realizados con aceleradores de partículas son una forma complementaria de producir y sondear materia a altas densidades y en condiciones extremas.

Nuevos conocimientos sobre las interacciones fundamentales en juego en la materia nuclear

"Combinar el conocimiento de la teoría nuclear, el experimento nuclear y las observaciones astrofísicas es esencial para arrojar luz sobre las propiedades de la materia rica en neutrones en todo el rango de densidad probado en las estrellas de neutrones", dijo Sabrina Huth, del Instituto de Física Nuclear de la Universidad Técnica de Darmstadt. quien es uno de los autores principales de la publicación. Peter T. H. Pang, otro autor principal del Instituto de Física Gravitacional y Subatómica (GRASP) de la Universidad de Utrecht, agregó:"Encontramos que las restricciones de las colisiones de iones de oro con aceleradores de partículas muestran una notable consistencia con las observaciones astrofísicas, aunque se obtienen con métodos completamente diferentes".

Los avances recientes en la astronomía de múltiples mensajeros permitieron al equipo de investigación internacional, en el que participaron investigadores de Alemania, los Países Bajos, los EE. UU. y Suecia, obtener nuevos conocimientos sobre las interacciones fundamentales que intervienen en la materia nuclear. En un esfuerzo interdisciplinario, los investigadores incluyeron información obtenida en colisiones de iones pesados ​​en un marco que combina observaciones astronómicas de señales electromagnéticas, mediciones de ondas gravitacionales y cálculos astrofísicos de alto rendimiento con cálculos teóricos de física nuclear. Su estudio sistemático combina todas estas disciplinas individuales por primera vez, apuntando a una mayor presión en densidades intermedias en estrellas de neutrones.

Incluye datos de colisiones de iones pesados

Los autores incorporaron la información de los experimentos de colisión de iones de oro realizados en GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Darmstadt, así como en el Laboratorio Nacional Brookhaven y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en los EE. UU. en su procedimiento de varios pasos que analiza las limitaciones de la teoría nuclear y las observaciones astrofísicas. incluidas mediciones de masa de estrellas de neutrones a través de observaciones de radio, información de la misión Explorador de composición interior de estrellas de neutrones (NICER) en la Estación Espacial Internacional (ISS) y observaciones de múltiples mensajeros de fusiones binarias de estrellas de neutrones.

Los teóricos nucleares Sabrina Huth y Achim Schwenk de la Universidad Técnica de Darmstadt e Ingo Tews del Laboratorio Nacional de Los Álamos fueron clave para traducir la información obtenida en las colisiones de iones pesados ​​a materia de estrellas de neutrones, que es necesaria para incorporar las restricciones astrofísicas.

La inclusión de datos de colisiones de iones pesados ​​en los análisis ha permitido restricciones adicionales en la región de densidad donde la teoría nuclear y las observaciones astrofísicas son menos sensibles. Esto ha ayudado a proporcionar una comprensión más completa de la materia densa. En el futuro, las restricciones mejoradas de las colisiones de iones pesados ​​pueden desempeñar un papel importante para unir la teoría nuclear y las observaciones astrofísicas al proporcionar información complementaria. Esto es especialmente cierto para los experimentos que prueban densidades más altas, y la reducción de las incertidumbres experimentales tiene un gran potencial para proporcionar nuevas restricciones para las propiedades de las estrellas de neutrones. La nueva información de ambos lados se puede incluir fácilmente en el marco para mejorar aún más la comprensión de la materia densa en los próximos años. + Explora más

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