Гравитационните вълни биха могли да разкрият дали кварковата супа, която е съществувала в ранната Вселена, се създава при сливанията на неутронните звезди.
Учени от научноизследователския институт RIKEN предполагат, че гравитационно-вълновите сигнали от сливащи се неутронни звезди биха могли да разкрият съществуването на свръхплътна кварк-глуонна материя. Като симулират тези сливания и анализират получените гравитационни вълни, те предлагат детекторите от следващо поколение, които трябва да се появят през следващото десетилетие, да потвърдят тази теория.
Изчисленията на изследователите от RIKEN показват, че сигналите на гравитационните вълни от сливащи се неутронни звезди трябва да разкрият какво се случва с материята при екстремните налягания, генерирани по време на такива сливания.
Ако вземете малко вода и я притиснете с бутало, тя ще се свие, тъй като молекулите се притискат по-близо една до друга.
Ако продължите да увеличавате налягането, ще стигнете до момент, в който атомите ще се свият и ще образуват свръхплътна супа от неутрони и протони. Единственото място във Вселената, където това се случва, са неутронните звезди - колапсиралите остатъци от изгорели звезди, и това води до умопомрачителни плътности - една чаена лъжичка от такъв материал тежи няколкостотин милиарда килограма.
Но какво ще се случи, ако продължите да увеличавате налягането още повече? Дори астрофизиците не знаят отговора на този въпрос.
Плътността в центъра на неутронните звезди е три до пет пъти по-висока от тази на атомното ядро; това е най-високата плътност, която може да се постигне, преди да се образува черна дупка. Никой не знае какво се случва с материята при такива екстремни плътности.
Една от теориите предполага, че свръхплътната супа от неутрони и протони ще се разпадне на супа от кварки и глуони - най-фундаменталните градивни елементи на материята.
"Някои изследователи смятат, че кварковите фази ще се появят в центъра на неутронните звезди", казва Шигехиро Нагатаки (Shigehiro Nagataki) от Астрофизичната лаборатория за Големия взрив на RIKEN. "Но това е само предположение."
Обещаващ начин да се открие дали тази странна форма на материя съществува е чрез наблюдение на сливането на две неутронни звезди с помощта на детектори на гравитационни вълни.
Ако тя наистина съществува, има две възможности за това как протоните и неутроните биха се разпаднали на съставните си кварки по време на сливанията. Те биха могли да преминат през рязък преход, подобно на този, при който течната вода се превръща в пара при точката си на кипене при нормално налягане. Или пък може да има размит преход, аналогичен на начина, по който водата се превръща в пара при налягания над критичната ѝ точка.
Сега Нагатаки и колегите му са стимулирали сливането на две неутронни звезди и са изчислили гравитационните вълни, които биха се породили от тях, за да изследват втората възможност.
Честотата на гравитационните вълни от сливането на неутронни звезди обикновено зависи от това колко бързо се върти неутронната звезда. По-големите неутронни звезди обикновено се въртят по-бавно и обратно.
Екипът установява, че би трябвало да е възможно да се изследва дали кварковата фаза съществува в неутронна звезда, като се анализира честотата на нейните гравитационни вълни. Ако тя съществува, гравитационните вълни могат да разкрият и как се появява кварковата фаза.
Въпреки че настоящите детектори на гравитационни вълни не могат да открият това, следващото поколение детектори, които ще бъдат пуснати в експлоатация през следващото десетилетие, би трябвало да могат да го направят.
"Удивително е да си помислим, че би трябвало да можем да открием този тип преход чрез засичане на гравитационни вълни", коментира Нагатаки.
Справка: “Merger and Postmerger of Binary Neutron Stars with a Quark-Hadron Crossover Equation of State” by Yong-Jia Huang, Luca Baiotti, Toru Kojo, Kentaro Takami, Hajime Sotani, Hajime Togashi, Tetsuo Hatsuda, Shigehiro Nagataki and Yi-Zhong Fan, 26 October 2022, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.181101
Източник: Strange Quark Matter: Gravitational Waves Hold Clues to the Universe’s Densest Matter
RIKEN
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари