Най-старото състояние на Вселената се крие в неутронните звезди

Ваня Милева Последна промяна на 04 юни 2020 в 00:00 12109 0

Концепция на художник за вътрешността на неутронна звезда. Колкото по-дълбок е слоят, толкова по-плътен е той. Кредит: Jyrki Hokkanen, CSC - IT Center for Science Ltd., Finland

В недрата на неутронните звезди има странно вещество, наречено кваркова материя.

Доказателства за наличието й са открили финландски астрофизици комбинирайки теоретични прогнози на физиката на елементарните частици с експериментални измервания на гравитационни вълни от сблъсъци на неутронни звезди.

Работата на изследователите е публикувана в списанието Nature Physics.

Обикновената материя, която ни заобикаля, се състои от атоми с ядро ​​от протони и неутрони и електронна обвивка. Но вътре в неутронните звезди, обикновената материя се свива в изключително плътна ядра. В такъв обект протоните и неутроните са така плътно подредени, че може да се счита за едно голямо ядро. Досега остава неясно дали такава ядрена материя в неутронните звезди може да се трансформира в още по-екзотично състояние - кварково и ако е така, при какви условия се случва това.

За да отговори на този въпрос, група изследователи от Финландия решават да комбинират експериментални наблюдения и теоретични изчисления. Преди това учените се опитваха да направят това с помощта на една компютърна симулация, но дори и най-мощният суперкомпютър не е в състояние да пресъздаде такъв модел.

В своята работа астрофизиците комбинират данните от гравитационно-вълновите наблюдения с резултатите от теоретичното моделиране, основано на физиката на елементарните частици и ядрената физика. Това даде възможност да се получи точното уравнение на състоянието на материята на неутронна звезда, което определя връзката между нейното налягане и плътността на енергията.

В нормалната материя протоните и неутроните се състоят от по 3 елементарни частици, наречени кварки и глуони, които ги слепват подобно на лепило. Но ако тази нормална материя е подложена на екстремни температури или налягане, тя става с много висока плътност и може да се "разтопи", позполявайки на свободните кварки да се носят навсякъде из тази материя. Това екзотично ново състояние е известно като кваркова материя.

Смята се, че това странно вещество, наречено кварк-глуонна плазма, изпълва Вселената около 20 микросекунди след Големия взрив, като се държи като изключително гореща течност, преди да се охлади в обикновената материя, която изпълва Вселената днес. В днешно време единствените места, които ще намерите кваркова материя, са при сблъсъци на частици в Големия адронен колайдер - и може би в сърцето на неутронните звезди.

Когато някои звезди умират, техните ядра колапсират, за да станат или черна дупка, или неутронна звезда. В последния случай този нов обект събира повече от масата на Слънцето в пространство с големина на град. Очевидно това създава изключителна плътност на материята, която отдавна на теория трябва да породи кваркова материя.

Според изследването веществото вътре в ядрата на най-масивните стабилни неутронни звезди има много по-голяма прилика с кваркова материя, отколкото с обикновената ядрена материя. Изчисленията показват, че в тези звезди диаметърът на ядрото на кварковото вещество може да надвишава половината от диаметъра на цялата неутронна звезда. Според учените обаче все още има много неoпределености, свързани с точната структура на неутронните звезди.

„Все още има малка, но ненулева вероятност всички неутронни звезди са съставени само от ядрена материя. Въпреки това успяхме да определим количествено какво е необходимо за прилагането на този сценарий. Показахме, че поведението на плътната ядрена материя трябва да е наистина екзотично. Например скоростта на звука трябва да е достигнала почти светлинната“, обяснява един от авторите на работата от Физическия факултет на Университета в Хелзинки, Алекси Вуоринен (Aleksi Vuorinen).

Справка: Evidence for quark-matter cores in massive neutron stars
Eemeli Annala, Tyler Gorda, Aleksi Kurkela, Joonas Nättilä & Aleksi Vuorinen
Nature Physics (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-0914-9

Източник: Evidence of universe's oldest state of matter lurking inside neutron stars, New Atlas

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Космос

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !