4 hours ago
1
Peneliti dari Universitas Frankfurt menemukan batas seberapa padat bintang neutron bisa terbentuk. (ESA)
DUA ilmuwan dari Universitas Frankfurt, Luciano Rezzolla dan Christian Ecker, menemukan batas teoritis baru tentang seberapa padat bintang neutron dapat terbentuk. Temuan ini memberikan cara baru untuk menguji sifat-sifat fisika nuklir dalam kondisi ekstrem, jauh melampaui apa yang bisa diuji di laboratorium Bumi.
Bintang neutron merupakan inti bintang masif yang runtuh setelah meledak sebagai supernova. Objek ini sangat kecil, namun memiliki massa hingga tiga kali lipat Matahari yang terkompresi ke dalam ruang berdiameter hanya sekitar 20 kilometer. Meski massanya dapat diukur dengan akurat, menentukan jari-jari bintang neutron masih menjadi tantangan besar.
“Mengukur sifat materi bintang neutron memang sangat sulit,” ujar Rezzolla kepada Space.com. “Kita bisa mengukur massanya dengan sangat akurat, tetapi sangat sulit menentukan jari-jarinya.”
Mengungkap Batas Kepadatan Bintang Neutron
Kesulitan utama dalam mengukur ukuran bintang neutron terletak pada apa yang disebut equation of state (EoS), persamaan yang menggambarkan hubungan antara tekanan dan kerapatan di dalam bintang tersebut. Kondisi di dalam bintang neutron sangat ekstrem; satu sendok materi bintang neutron bisa memiliki berat miliaran ton.
Di bawah tekanan luar biasa, atom-atom hancur dan proton bergabung dengan elektron membentuk neutron. Di pusat bintang neutron, fisika bisa menjadi lebih eksotik, kemungkinan melibatkan partikel langka seperti hyperon, atau bahkan materi quark yang hampir bebas. Namun, kondisi ekstrem ini tidak dapat direplikasi di laboratorium, sehingga para ilmuwan hanya bisa memodelkannya lewat teori.
Untuk mempelajari batas kepadatan, Rezzolla dan Ecker menganalisis puluhan ribu model EoS dan menghitung massa maksimum yang diizinkan relativitas umum sebelum bintang berubah menjadi lubang hitam.
Mereka menemukan rasio antara massa dan jari-jari bintang neutron selalu lebih kecil dari 1/3. Dengan kata lain, bintang neutron tidak bisa lebih padat dari batas ini.
“Karena kami menetapkan batas atas kepadatan, kami juga dapat menetapkan batas bawah untuk jari-jari,” jelas Rezzolla. “Begitu kita mengetahui massanya, kita bisa mengatakan bahwa jari-jarinya harus lebih besar dari tiga kali massanya.”
Uji Fisika Kuantum di Alam Semesta
Hubungan ini didasarkan pada prinsip quantum chromodynamics (QCD), teori yang menjelaskan bagaimana gaya kuat mengikat partikel quark di dalam proton dan neutron. Menurut Rezzolla, jika suatu hari pengamatan menemukan bintang neutron yang lebih padat dari batas tersebut, maka hal itu dapat menunjukkan adanya kekeliruan dalam pemahaman kita tentang QCD.
“Jika kami menemukan bintang neutron dengan kepadatan lebih besar dari 1/3, itu berarti ada sesuatu yang salah dengan asumsi QCD yang kami gunakan,” ujarnya.
Rezzolla optimistis bahwa pengamatan masa depan, seperti eksperimen NICER di Stasiun Luar Angkasa Internasional atau deteksi gelombang gravitasi dari penggabungan bintang neutron seperti peristiwa GW170817, akan membantu mempersempit perkiraan radius bintang neutron dan menguji teori mereka.
Penelitian ini telah dipublikasikan di repositori pra-cetak arXiv. (Space/Z-2)
