Underliga stjärnor belyser universums byggstenar

Publicerad: 13 mars 2007

I stjärnornas inre produceras mängder av energi via fusion, en process där grundämnen smälter samman och bildar tyngre grundämnen. Energiflödet ger upphov till ett tryck som motverkar tyngdkraften och håller stjärnorna i balans. När mängden tyngre grundämnen ökar i stjärnornas inre, minskar energiproduktionen och i vissa fall leder detta till ett kritiskt tillstånd där tyngdkraften inte längre kan balanseras och stjärnorna kollapsar, så kallade supernovor.
I en ny doktorsavhandling berörs slutskedet i stjärnornas liv och de extremt kompakta himlakroppar som bildas när stjärnor kollapsar av sin egen tyngd.

I en supernova frigörs väldiga mängder energi som får stjärnorna att explodera. Kvar bli så kallade neutronstjärnor, de forna stjärnornas kärnor som komprimerats i explosionen. Neutronstjärnor är bara två mil i diameter men deras massa överstiger solens. En kubikcentimeter material i en neutronstjärna har en massa som kan uppgå till några tusen miljarder kilo.

- Det motsvarar en täthet som om alla människor på jorden trycks ihop till en jordnöts storlek, säger Fredrik Sandin, doktorand vid Luleå tekniska universitet som den 16 mars disputerar med avhandlingen Exotiska materietillstånd i kompakta stjärnor.

- Det är okänt vilka egenskaper materien har vid så här höga densiteter och genom att studera dessa objekt får vi därför värdefulla pusselbitar i sökandet efter en fullständigt beskrivning av naturen och universums utveckling.

Forskningen om neutronstjärnor är genuint tvärvetenskaplig och existerar i symbios med forskningen inom partikelfysik och andra områden inom astrofysiken – detta eftersom makrokosmos och mikrokosmos är så starkt sammanflätade på den fundanmentala nivå där viktiga oklarheter uppenbarar sig.

I avhandlingen presenteras teoretiska modeller och resultat från omfattande datorberäkningar av vissa materietillstånd som kan finnas i neutronstjärnor. Speciellt handlar det om supraledande kvarkmateria, ett tillstånd där materien har kollapsat till en homogen soppa av kvarkar, de hittills minsta, kända partiklarna.

- Man har redan sett signaler i partikelfysikexperiment som tyder på att materien intar detta tillstånd vid höga densiteter och temperaturer, men det är oklart om neutronstjärnorna innehåller kvarkmateria. I mitt forskningsarbete presenterar jag detaljerade modeller av neutronstjärnor som innehåller kvarkmateria och jag påvisar att sådana modeller kan förklara vissa observationer som är svåra att förklara med andra modeller.

I Fredrik Sandins avhandling presenteras också en hypotes om en helt ny typ av kompakta stjärnor – preonstjärnor – som skulle kunna existera om kvarkarna innehåller ännu mindre byggstenar, så kallade ”preoner”.

- Preonstjärnorna skulle kunna utgöra ett fönster till en mikroskopisk värld som ligger bortom räckhåll för experiment baserade på jorden. Jag presenterar en teoretisk modell för preonstjärnor och beskriver en rad olika sätt att observera dem på.

Idén om preonstjärnor har redan uppmärksammats av en rad populärvetenskapliga tidskrifter, exempelvis Populär Astronomi, Forskning & Framsteg, Teknik & Vetenskap och New Scientist.

Fredrik Sandin kommer från byn Östavall, två mil väster om Ånge. Han tog sin civilingenjörsexamen i teknisk fysik vid Luleå tekniska universitet och gjorde sitt examensarbete vid forskningsanläggningen CERN i Genève. Fredrik Sandins doktorandstudier har skett inom ramen för Luleå tekniska universitets nationella forskarskola i rymdteknik.

Upplysningar: Fredrik Sandin, tel. 0920-49 20 56, fredrik.sandin@ltu.se eller universitetets pressansvariga Lena Edenbrink, tel. 0920-49 16 22, 070-679 16 22, lena.edenbrink@ltu.se