Неутронните звезди се издигат на върха на списъка с най-интересните обекти във Вселената. Първо, защото те представляват гъста „ядрена паста“, а сега имаме нови доказателства, че сърцевините на най-масивните неутронни звезди са съставени от екзотична „супа“ от субатомни частици, наречена кварки, се казва в публикация на списание Nature Physics.
Физиците са направили нови изчисления, използвайки данни от гравитационни вълни, открити за първи път при сблъсък с неутронна звезда през август 2017 г., заедно с наблюдения на изненадващо масивни неутронни звезди. Заключението им дава вълнуващ резултат – сърцевините на най-масивните неутронни звезди са толкова плътни, че атомните ядра престават да съществуват, кондензирайки се в кваркова материя.
Това е, казват изследователите, е важен етап в разбирането на странните сърцевини на тези екстремни обекти.
„Потвърждаването на съществуването на кварковите ядра вътре в неутронните звезди беше една от най-важните цели на физиката на неутронните звезди, като тази възможност за първи път е допусната преди около 40 години“, казва теоретичният физик Алекси Вуоринен от Хелзинкския университет.
Неутронните звезди са доста странни. Те всъщност са мъртви – останки от масивни звезди, които биха имали между 8 и 30 пъти по-голяма маса от Слънцето. Когато тези звезди се превърнат в свръхнова, по-голямата част от тяхната маса се взривява в космоса; останалото ядро се събира в невероятно плътен обект.
Получените неутронни звезди могат да варират между около 1,1 и 2,3 слънчеви маси, събрани в плътна малка сфера с диаметър само между 10 до 20 километра.
Когато възникне сривът на ядрото при свръхновата, протоните и електроните в атомите, които съставляват обекта, се компресират в неутрони и неутрино. Неутрино избягват, оставяйки неутроните при такива условия на високо налягане, че те се сливат, което прави неутронната звезда по същество едно голямо ядро, с плътност над 100 трилиона пъти по-голяма от материята в основата на ядрото. Очаква се обаче плътността да се увеличава, колкото по-дълбоко отивате, и тук идва идеята за ядро от кваркова материя. Кварките са основни субатомни частици, които се комбинират и образуват композитни частици като протони и неутрони.
В продължение на няколко десетилетия астрономите предполагаха, че при достатъчно висока топлина и плътност неутроните се разпадат още повече на съставните им кварки, създавайки нещо като кваркова супа.
Наистина е трудно да разберем какво има вътре в неутронна звезда. Така сблъсъкът през август 2017 г. беше много вълнуващ за астрономите, тъй като начинът, по който двете звезди се промениха, приближавайки се до толкова една до друга, че да се деформират гравитационно, може да разкрие информация за тяхната вътрешна структура.
Вуоринен и неговият екип са използвали този сигнал от гравитационна вълна, заедно с новите теоретични резултати от физиката на частиците, за да проведат своето изследване. Те открили, че неутронните звезди към горната граница на масата на такива обекти – най-малко 2 слънчеви маси – показват характеристики за наличието на огромно ядро от кваркова материя, повече от половината от целия диаметър на неутронната звезда.
Откриването на кваркова материя вътре в неутронни звезди не би било просто невероятно само по себе си – може да ни помогне да научим повече за най-ранните моменти от нашата Вселена. Космолозите смятат, че за няколко микросекунди, точно след Големия взрив, известен като епохата на кварките, Вселената е била изпълнена с гореща супа от кварково-глюонна плазма, която бързо се слива в адрони.
В наши дни можем да открием кваркова материя само за кратко при експерименти, но някои масивни неутронни звезди също могат да я притежават.