За допомогою симуляцій на суперкомп'ютері астрофізики показали, що з імовірністю у 90 відсотків нейтронні зорі можуть мати ядро з кварків — елементарних частинок, які складають нейтрони. Однак, на відміну від атомних ядер, де кварки завжди бувають лише об'єднаними у нейтрони й протони, у нейтронних зорях ядра складаються із непов'язаних «вільних кварків». Дослідження допоможе пояснити поведінку деяких нейтронних зір, що їх спостерігають астрономи, а також уточнити умови формування цих світил, розповідає Science Alert. Стаття вчених опублікована у Nature Communications.
Художнє зображення внутрішньої будови нейтронної зорі, що має ядро з кварків. Jyrki Hokkanen, CSC.
Навіщо нейтронним зорям дозвіл мати кваркове ядро?
Одними з найекстремальніших світил у Всесвіті, про будову яких досі мало відомо, лишаються нейтронні зорі — надзвичайно щільні світила, які мають порівняну з Сонцем масу, але радіус у всього кількадесят кілометрів. На них перетворюються зірки, що більш як вдесятеро масивніші за Сонце, коли вичерпують своє ядерне паливо. Вважається, що і умови всередині нейтронних зір достатньо екстремальні, щоб самі нейтрони, з яких вони складаються, розпадалися на свої складові частинки — кварки.
Тоді виник би екзотичний вид матерії, званий холодною кварковою матерією, який складається з кварків, які перебувають у вільному стані, тобто не об'єднані у нейтрони чи протони. Якщо фізикам вдасться підтвердити існування цієї матерії як теоретично, так і в спостереженнях, вона допомогла б краще зрозуміти фізику нейтронних зір та елементарних частинок, з яких складається Всесвіт. До розрахунків долучилися науковці Гельсінського університету, змоделювавши умови всередині нейтронних зір за допомогою суперкомп'ютера.
Що з'ясували астрофізики?
Для свого моделювання науковці обрали надзвичайно масивні нейтронні зорі — масою як два Сонця та діаметром до 25 кілометрів. Результати показали, що у таких зорях з імовірністю у 80-90 відсотків має відбуватися процес переходу матерії з нейтронної у кваркову, причому так само різко, як вода перетворюється на кригу. Такий перехід у 20 відсотках випадків може дестабілізувати й зруйнувати нейтронну зорю, але може й призвести до того, що її ядро повністю складатиметься з кварків.
Поки для більш масштабного дослідження науковцям не вистачило точних даних про маси й розміри спостережуваних нейтронних зір, але вони сподіваються зібрати більшу вибірку й детальніше дослідити цей процес переходу з нейтронної матерії на кваркову.
- Крім незвичайної матерії, нейтронні зорі можуть бути джерелами незвичайного космічного випромінювання. Підрахунки астрофізиків засвідчили, що зоретруси на нейтронних зорях можуть провокувати потужні і короткі спалахи радіовипромінювання, природа яких досі лишається невизначеною.