Dziwna materia wewnątrz gwiazd neutronowych
Gwiazdy neutronowe można nazwać mianem "najsmaczniejszych" obiektów we Wszechświecie. To dlatego, że w ich wnętrzu znajduje się nuklearny makaron, niezwykły stan skupienia materii składający się z cząstek subatomowych zwanych kwarkami.
Fizycy zebrali nowe dane z analizy fal grawitacyjnych powstających podczas zderzeń gwiazd neutronowych w sierpniu 2017 r. Ich wnioski wskazują, że rdzenie najbardziej masywnych gwiazd neutronowych są tak gęste, że jądra atomowe przestają istnieć, kondensując się w materię kwarkową. To kamień milowy w poznaniu dziwnych właściwości tych ekstremalnych obiektów.
- Potwierdzenie istnienia rdzeni kwarków w gwiazdach neutronowych było jednym z najważniejszych celów fizyki gwiazd neutronowych, odkąd możliwość ta została zaproponowana około 40 lat temu - powiedział Aleksi Vuorinen, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Helsińskiego.
Gwiazdy neutronowe to tak naprawdę martwe obiekty - składają się z resztek masywnych gwiazd, które miałyby od 8 do 30 mas Słońca. Kiedy gwiazdy te przechodzą w supernową, większość ich masy zostaje wystrzelona w kosmos, a rdzeń zapada się w niesamowicie gęsty obiekt. Protony i elektrony w atomach są kompresowane do neutronów i neutrin. Neutrina uciekają, pozostawiając neutrony o tak wysokim ciśnieniu, że łączą się ze sobą, tworząc gwiazdę zasadniczo z jednym wielkim jądrem. Powstaje tzw. nuklearny makaron.
Astronomowie wysunęli teorię, że pod wystarczająco wysoką temperaturą i ciśnieniem, neutrony rozpadają się jeszcze bardziej na kwarki, tworząc rodzaj materii zwanej zupą kwarkową.
Trudno tak naprawdę ustalić, co znajduje się we wnętrzu gwiazdy neutronowej. Kolizja z sierpnia 2017 r. oznaczona jako GW170817 była bardzo ekscytująca dla astronomów, ponieważ sposób, w jaki dwie gwiazdy się zmieniły, zbliżając się do siebie, może ujawnić dodatkowe szczegóły o ich wewnętrznej strukturze.
Zespół Vuorinena odkrył, że gwiazdy neutronowe w kierunku górnej granicy masy takich obiektów - co najmniej 2 masy słoneczne - wykazują cechy wskazujące na obecność ogromnego jądra materii kwarkowej, stanowiącego ponad połowę całej średnicy gwiazdy neutronowej. Musiałoby wydarzyć się coś naprawdę dziwnego, jeżeli rdzenie gwiazd neutronowych nie miałyby być zbudowane z materii kwarkowej.
- Nadal istnieje niewielka, ale niezerowa szansa, że wszystkie gwiazdy neutronowe składają się wyłącznie z materii jądrowej. Byliśmy jednak w stanie oszacować, czego wymagałby ten scenariusz. Krótko mówiąc, zachowanie gęstej materii jądrowej musiałoby być naprawdę osobliwe. Na przykład prędkość dźwięku musiałaby osiągnąć prawie prędkość światła - wyjaśnił Vuorinen.
Odkrycie materii kwarkowej w gwiazdach neutronowych nie byłoby po prostu niesamowite dla samej korzyści - mogłoby pomóc nam dowiedzieć się więcej o najwcześniejszych momentach naszego Wszechświata. Kosmologowie uważają, że przez kilka mikrosekund tuż po Wielkim Wybuchu - znanym jako epoka kwarkowa - Wszechświat był wypełniony gorącą zupą plazmy kwarkowo-gluonowej, która szybko zlewała się w hadrony.
