Фото: NASA
Астрофизики нашли доказательства странного вещества, называемого кварковым веществом, в основе компактных звезд. Сочетая недавние теоретические расчеты с измерениями гравитационных волн от столкновений нейтронных звезд, исследователи обнаружили, что самые массивные нейтронные звезды, скорее всего, имеют «кварковые ядра».
В нормальной материи элементарные частицы, называемые кварками, встречаются только внутри протонов и нейтронов. Но если это нормальное вещество подвергается воздействию экстремальных температур или сжимается при очень высоких плотностях, оно может «плавиться» вместе, давая кваркам возможность свободно перемещаться в любом месте этого вещества. Это новое экзотическое состояние известно как кварковая материя.
Нейтронные звезды появляются после смерти гигантов в виде сверхновых
Считается, что форма этого странного вещества, называемого кварк-глюонной плазмой, заполнила Вселенную примерно через 20 микросекунд после Большого взрыва, ведя себя как чрезвычайно горячая жидкость перед охлаждением в обычное вещество, которое сегодня наполняет Вселенную. В настоящее время единственное место, где вы найдете материю из кварков, возможно, в центре нейтронных звезд.
Когда некоторые звезды умирают, их ядра разрушаются, становясь либо черной дырой, либо нейтронной звездой. В последнем случае этот новый объект вмещает больше, чем масса Солнца, в пространство размером с город. Очевидно, что это создает некоторую крайнюю плотность материи, которая долгое время теоретизировалась для создания кварковой материи.
Для нового исследования ученые из Университета Хельсинки утверждают, что в некоторых нейтронных звездах есть почти подтвержденные ядра кварков.
Ранее считалось, что две солнечные массы являются абсолютным верхним пределом для нейтронных звезд - больше массы, и исходная звезда вместо этого упала бы в черную дыру. Но астрономы недавно обнаружили несколько нейтронных звезд, которые превышают этот «предел».
Внутреннее строение нейтронной звезды
И именно в этих звездах можно найти ядра кварков, согласно новому исследованию. В некоторых случаях кварки могут даже составлять более половины самой нейтронной звезды.
Чтобы прийти к такому выводу, команда рассчитала «уравнение состояния» вещества в нейтронных звездах. Это уравнение описывает, как будет выглядеть вещество в нейтронной звезде, основываясь на связи между давлением и плотностью энергии. Общая теория относительности говорит, что это можно выяснить, используя соотношение между всеми возможными размерами и массами нейтронных звезд.
Строение магнитного поля нейтронной звезды
И в последнее время астрономы получили гораздо более четкие представления о том, как большие и массивные нейтронные звезды могут его получить. В частности, столкновения между нейтронными звездами были обнаружены обсерваториями LIGO и Virgo как гравитационные волны. Информация, закодированная в этих сигналах, может многое рассказать об объектах, которые их породили.
Новые данные позволили провести исследование как можно точнее. Исследователи говорят, что они «почти наверняка» обнаружили материю кварка, но они также признают, что есть шанс, что они ошибаются. Кварковая материя - просто самое простое объяснение.
«Все еще существует небольшая, но ненулевая вероятность того, что все нейтронные звезды состоят только из ядерной материи», - говорит Алески Вуоринен, ведущий автор исследования. «Однако мы смогли количественно определить, что потребует этот сценарий. Короче говоря, поведение плотной ядерной материи тогда должно было бы быть действительно своеобразным. Например, скорость звука должна была бы достичь почти скорости света».
Дополнительные данные о нейтронных звездах, которые постоянно поступают, помогут еще более уточнить