Sällsamma kärnor i extrema stjärnor

Neutronstjärnor är resterna efter supernovor och väger mer än solen, trots att de bara är några kilometer i diameter. I dessa extrema miljöer kan hyperoner – sällsamma partiklar som är släkt med neutronen – bildas. Hyperoner innehåller en tung särkvark och borde, enligt fysikens lagar, göra neutronstjärnor mindre stabila. Faktum är att teorin förutsäger att objekt tyngre än 1,4 solmassor borde kollapsa till ett svart hål. Men astronomer har observerat neutronstjärnor som är betydligt tyngre än så. Denna motsägelse kallas för neutronstjärnans hyperonmysterium.

Karin Schönning kommer att leda forskargruppen som ska försöka lösa denna gåta. I projektet kombineras avancerade hadronfysikexperiment med teoretisk kärnfysik för att förstå hur hyperoner och neutroner påverkar varandra inne i neutronstjärnor. Eftersom de inte kan undersöka detta direkt i stjärnorna, studerar forskarna i stället exotiska atomkärnor – så kallade hyperkärnor – där en neutron eller proton har bytts ut mot en hyperon. Hittills har bara ett 40-tal hyperkärnor observerats, jämfört med över 3000 vanliga atomkärnor, vilket visar hur lite vi vet om dessa sällsamma partiklar.

Kombinerar experiment och teori

För att få mer kunskap planerar forskargruppen nya experiment vid de japanska forskningsanläggningarna J-PARC och Spring-8. Där ska de skräddarsy experiment för att studera hyperoner, särskilt deras spinn – en kvanteffekt som kan vara nyckeln till mysteriet. 

Samtidigt utvecklar kollegor vid Chalmers – Andreas Ekström och Christian Forssén – nya teoretiska modeller som kan beskriva hur hyperoner, protoner och neutroner samverkar, samt metoder för att kalibrera modellerna med hjälp av de nya experimentella resultaten. Genom att kombinera experiment och teori hoppas forskarna ta ett stort steg mot att förstå hyperonernas roll i både atomkärnor och neutronstjärnor.