Coś dziwnego znajduje się we wnętrzu gwiazd neutronowych

Gwiazdy neutronowe są jednymi z najdziwniejszych obiektów znajdujących się w kosmosie. Powstają one podczas supernowej, olbrzymiego wybuchu gwiazdy (nadolbrzyma). Po tym wydarzeniu pozostałe jądro ulega ściśnięciu. Gwiazdy te charakteryzują się niewielką średnicą rzędu kilkudziesięciu kilometrów oraz gigantyczną masą. Naukowcy szacują, że pudełko zapałek, które zawierałoby materię gwiazdy neutronowej, ważyłoby około 3 miliardów ton.

Jedną z głównych tajemnic tych gwiazd jest to, co znajduje się w samym ich środku - skład supergęstej materii zlokalizowanej w jądrze nadal pozostaje niejasny. 

Naukowcy z Uniwersytetu w Helsinkach w swoim nowym artykule naukowym sugerują istnienie w jądrach gwiazd neutronowych tzw. zimnej materii kwarkowej, w której pojedyncze cząstki, takie jak protony i neutrony, już nie istnieją. Wykazali oni, że taka materia może istnieć w najmasywniejszych gwiazdach neutronowych z prawdopodobieństwem rzędu 80-90 proc.

Taki wniosek został wysnuty wskutek obliczeń superkomputerów wykorzystujących bayesowskie wnioskowanie statystyczne. Według naukowców wspomniana materia składałaby się z trzech rodzajów kwarków, dolnego, górnego i dziwnego (materia dziwna). W tym stanie kwarki i gluony (cząstki, za pośrednictwem których kwarki oddziałują ze sobą) tracą swoje ograniczenia i zaczynają się poruszać w tej materii w sposób niemalże swobodny.

Naukowcy donoszą również, że istnieje możliwość, że wszystkie gwiazdy tego typu zbudowane są z materii jądrowej. Jednakże w przypadku pojawienia się, nawet śladowych ilości materii kwarkowej, dochodzi do zapadnięcia się ich w czarną dziurę.

Przemiana materii jądrowej w kwarkową (która wymaga przejścia fazowego pierwszego rzędu) ma przypominać niejako przemianę ciekłej wody w lód. Badacze są zdania, że ustalenie granic tej siły byłoby możliwe, jeśli udałoby się zarejestrować fale grawitacyjne, które powstają w trakcie ostatniego etapu łączenia się dwóch gwiazd neutronowych.

- Fascynujące jest obserwowanie, w jaki sposób każda nowa obserwacja gwiazdy neutronowej pozwala nam z coraz większą precyzją dedukować o właściwościach materii tworzącej te gwiazdy - mówi dr Joonas Nättilä, jeden z głównych autorów artykułu.

Jak dodaje Joonas Hirvonen: - Konieczne były miliony godzin pracy superkomputera, aby móc porównać nasze teoretyczne przewidywania z obserwacjami i ograniczyć prawdopodobieństwo istnienia jąder gwiazd z materii kwarkowej. Jesteśmy niezmiernie wdzięczni fińskiemu centrum superkomputerowemu CSC za udostępnienie nam wszystkich potrzebnych zasobów.