A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont (Kasza Gábor és Wolf György) és a MATE (Kasza Gábor) kutatóinak új munkája szerint ez a határ 2,2–2,3 naptömeg között található. Ennek meghatározásához különböző neutroncsillag-anyagmodelleket (állapotegyenleteket) alkalmaztak. A vizsgálat két széles körben használt nukleáris állapotegyenletre épült: az SFHo modellre, amely viszonylag „lágy”, jobban összenyomható anyagot ír le, valamint a DD2 modellre, amely „merevebb”, kevésbé összenyomható anyagot feltételez. Ezen felül azt is feltételezték, hogy a neutroncsillag belsejében az anyag folytonos átalakuláson esik át: a csillag belseje felé haladva a hadronokból álló anyag fokozatosan kvarkanyaggá olvad, és a kvarkokból álló anyagot az ún. kiterjesztett lineáris szigma modell segítségével írták le. A fizikai konzisztencia biztosítása érdekében a modelleket nagy sűrűségeken a pQCD eredményeihez igazították, miközben biztosították, hogy a hangsebesség sehol ne lépje túl a fénysebességet, és ne vegyen fel negatív értéket.

Az elméleti modelleket ezután több független asztrofizikai megfigyeléssel vetették össze. Felhasználták a NICER röntgenteleszkóp neutroncsillag-sugár méréseit, amelyek a pulzárok felszíni forró pontjainak megfigyelésén alapulnak, valamint a GW170817 gravitációshullám-eseményből származó árapály-deformálhatósági korlátokat. Ezek a megfigyelések jelentősen leszűkítették a modellparaméterek lehetséges értékeit.

A legfontosabb eredmény, hogy a két egymástól eltérő kiindulási modell végül ugyanarra a maximális neutroncsillag-tömegre konvergált: körülbelül 2,2–2,3 naptömegre. A neutroncsillagok jellemző sugara eközben nagyjából 12 km maradt, kisebb modellfüggő eltérésekkel.

Az eredmények fontos következményekkel járnak a tömegrésben (mass gap) található kompakt objektumok értelmezésére is, amelyekről jelenleg még nem dönthető el egyértelműen, hogy neutroncsillagok vagy fekete lyukak. A GW190814 gravitációshullám-esemény másodlagos komponense például körülbelül 2,59 naptömegű. Ha ez neutroncsillag lenne, az ellentmondana a vizsgálat által meghatározott maximális stabil tömegnek és a gravitációshullám-megfigyelésekből származó korlátozásoknak. Ezért a szerzők szerint valószínűbb, hogy ez az objektum valójában kis tömegű fekete lyuk.

A kutatás egy jól meghatározott becslést ad a Tolman–Oppenheimer–Volkoff (TOV) tömeghatárra, vagyis arra a maximális tömegre, amelyet egy neutroncsillag még stabilan fenntarthat. Az eredmények hozzájárulnak a neutroncsillagok belső szerkezetének jobb megértéséhez, és segítenek eldönteni, hogy a jövőben megfigyelt nagy tömegű kompakt objektumok neutroncsillagok vagy már fekete lyukak.

szöveg: Kasza Gábor

fotó: pixabay.com