Усередині нейтронних зірок — кварковый суп?

Нейтронні зірки стають все апетитніше. Не так давно ми дізналися, що під верхнім шаром у них «ядерна локшина», а тепер ось вчені довели, що ядра найбільш масивних нейтронних зірок складаються з кваркового «супу».Такий результат обчислень, виконаних на основі даних про гравітаційних хвилях від зіткнення нейтронних зірок у серпні 2017 року і спостережень за масивними нейтронними зірками.

Все вказує на те, що в ядрах масивних нейтронних зірок тиск і щільність досягають таких значень, що ядра атомів розпадаються на кварки, перетворюючись в кваркову матерію.Це важливий етап у накопиченні наших знань про цих дивних об’єктах, кажуть вчені. «Підтвердження наявності кваркового ядра у нейтронних зірок було однією з головних цілей вивчення фізики нейтронних зірок з часів висунення цієї гіпотези 40 років тому», — коментує фізик-теоретик Алексій Вуоринен (Aleksi Vuorinen) з Гельсінського університету та Гельсінської інституту фізики.

(Jyrki Hokkanen, CSC — IT Center for Science)Нейтронні зірки – ті ще загадки. Це стиснуті останки зірок, маса яких до смерті становила від 8 до 30 сонячних. Коли такі зірки вибухають в наднові, велика частина їх матерії розлітається в навколишній простір, а те, що залишилося, стискається в неймовірно щільний об’єкт – нейтронну зірку.

Маса нейтронних зірок становить від 1,1 до 2,3 сонячних, а от діаметр – всього 10-20 кілометрів.Коли формується нейтронна зірка, протони і електрони перетворюються нейтрони і нейтрино. Нейтрино відлітають, а нейтрони виявляються під таким величезним тиском, що зливаються.

По суті, нейтронна зірка – це величезне ядро із щільністю 100 трильйонів разів більше щільності води під корою. Там і формуються згадані «ядерні макарони».Логічно припустити, що чим глибше, тим більше щільність.

Звідси і з’явилася гіпотеза про ядрі з кварків. Кварки — фундаментальні частинки, з яких збираються такі частинки, як протони і нейтрони.Вже протягом кількох десятиліть астрономи обговорювали гіпотезу, що при досить високих температурі і щільності нейтрони повинні розпадатися на кварки.

Дуже непросто зрозуміти, що насправді знаходиться усередині нейтронної зірки. Саме тому зіткнення нейтронних зірок GW170817, яке астрономи помітили в серпні 2017 року, так надихнула вчених. З того, що відбувалося з цими об’єктами, можна було б розгадати їх внутрішню структуру.

Вуоринен і його колеги виявили, що у нейтронних зірок з масою більше 2 сонячних є ознаки наявності величезного ядра з кваркового речовини, яка займає більше половини діаметра зірки.«Залишається маленька ймовірність того, що всі нейтронні зірки складаються лише з ядерної матерії, — пояснює Вуоринен. — Але ми розрахунками показали, що потрібно для виконання такого сценарію.

Якщо коротко, то поведінка цієї щільної ядерної матерії має бути дуже незвичайним. Наприклад, швидкість звуку наблизиться до швидкості світла».Відкриття кваркового речовини в нейтронних зірках може допомогти нам більше дізнатися про перших моментах існування нашого Всесвіту.

Космологи вважають, що в перші мікросекунди після Великого вибуху — в кваркову епоху — всесвіт був гарячим «супом» з кварк-глюонної плазми. Сьогодні ми бачимо кваркову матерію лише в експериментах на прискорювачах частинок.З часів GW170817 колаборація LIGO-Virgo помітила ще одне зіткнення нейтронних зірок.

Аналіз таких злиття дозволить вченим уточнити розрахунки.— Наукова стаття була опублікована в Nature Physics. DOI:10.
1038/s41567-020-0914-9 Джерело: Science Alert.