Знакомьтесь, кварковая материя - новое состояние вещества (2 фото + 1 гиф)
Кварковая материя может объединять в себе свойства твердого тела, жидкости, газа и плазмы - как новое состояние материи.
Не претендуя на экзотику, новое исследование предполагает, что кварковая материя может составлять большой процент массы некоторых нейтронных звезд.
Нормальная материя, из которой состоит большинство звезд, состоит из атомов, состоящих в свою очередь из положительно заряженных протонов и/или нейтральных нейтронов в их ядре, окруженных облаками отрицательно заряженных электронов. Под огромными гравитационными силами эти электронные облака разрушаются, образуя «суп» из субатомных частиц, называемый ядерной материей.
Дальнейшее сжатие объединяет электроны и протоны, образуя дополнительные нейтроны. Этот процесс создает нейтронные звезды, как гигантские атомные ядра размером земной город, состоящие в основном из протонов и нейтронов. Эти сферы субатомных частиц настолько плотны, что кусочек этого материала будет весить больше, чем гора Эверест.
Эти нейтронные звезды могут оставаться стабильными в течение длительных периодов времени, но новые исследования показывают, что даже нейтроны в ядрах этих звезд могут сами распасться под огромным давлением. Нейтроны и протоны состоят из трех кварков (еще более элементарных частиц), которые могут высвобождаться под огромным давлением, говорится в исследовании.
Ткань пространства-времени испытывает рябь во время таких событий, как столкновение нейтронных звезд, как показано здесь при моделировании.
Этот процесс теоретически может привести к образованию нейтронных звезд с кварковыми ядрами. Хотя эта идея впервые была предложена несколько десятилетий назад, способы проверки теории до сих пор оказывались бесплодными, поскольку даже суперкомпьютеры не могут выполнить множество вычислений, необходимых для проверки такой модели.
Исследуя гравитационные волны (рябь в пространстве-времени), возникающие при столкновениях нейтронных звезд, и комбинируя эти данные с теоретическими предсказаниями ядерных реакций, группа исследователей из Финляндии считает, что они нашли способ поиска кварковой материи.
Если материя в этих странных коллапсирующих звездах ведет себя так, как предполагает это исследование, то, по крайней мере, некоторые нейтронные звезды могут обладать кварковыми ядрами, размером больше, чем половина останков мертвой звезды.
«Подтверждение существования кварковых ядер внутри нейтронных звезд было одной из самых важных целей физики нейтронных звезд с тех пор, как эта возможность впервые была озвучена примерно 40 лет назад», - сказал Алекси Вуоринен (Aleksi Vuorinen), доцент кафедры физики в Университете Хельсинки.
Исследователи полагают, что возможно (хотя и маловероятно), что некоторые звезды состоят исключительно из ядерной материи. Однако такие тела будут обладать определенными весьма необычными характеристиками - например, скорость звука внутри материала будет больше, чем половина скорости света внутри этого тела.
Техник внимательно осматривает зеркала на объекте Ливингстона обсерватории LIGO. Посветив на инструмент лазером, можно определить пыль или другие загрязнения.
По мере того как массивные звезды умирают, они проходят периоды коллапса и разбухания, при каждом коллапсе сращивая более тяжелые элементы в своих ядрах. После потери материала во время каждого коллапса самые массивные звезды навсегда распадаются, превращаясь в черные дыры. Чуть менее массивные из них образуют нейтронные звезды.
Эти плотные звездные остатки упаковывают в материю от одной до 1,7 раз больше массы, чем наше Солнце, в тело размером примерно с город. Астрономы впервые обнаружили нейтронную звезду в 1967 году, но способность измерять их массу оставалась нереаоищуемой в течение 30 лет. С тех пор астрономы открыли три нейтронные звезды, которые почти совпадают (или даже, возможно, немного превышают) обычно наблюдаемый для таких объектов верхний предел из двух масс Солнца.
Дополнительные исследования показали, что большинство стабильных массивных нейтронных звезд ведут себя так, как будто они имеют эти теоретические кварковые ядра в своих центрах.
Зафиксированные от них сигналы показали ограничения величины, на которую эти бывшие звезды могут растягиваться, приближаясь друг к другу, несмотря на мощные гравитационные силы, возникающие во время столкновений. Это открытие позволило исследователям определить, что ни одна из звезд в столкновении не могла быть больше 26 км (16 миль) в поперечнике.
С 2017 года число открытых слияний нейтронных звезд увеличилось, поскольку обсерватории LIGO и Virgo нацелены на нейтронные звезды, стремясь понять процессы, происходящие под их поверхностью. Последние данные приборов, изучающих гравитационные волны, показывают, что эти причудливые кварковые ядра существуют в звездных системах по всему Космосу.
Каждый раз, когда астрономы разрабатывали новые способы наблюдения Вселенной - через оптический, а затем радиотелескоп, используя обсерватории, наблюдающие за космосом в ультрафиолетовом свете и в гамма-лучах, мы узнали о Вселенной гораздо больше. Сегодня астрономия стоит на пороге следующей революции - гравитационно-волновой астрономии - измерения реальных пульсаций в пространстве-времени, создаваемых во время движения массивных объектов.
«Есть основания полагать, что золотой век гравитационно-волновой астрофизики только начинается, и что вскоре мы станем свидетелями еще многих подобных скачков в нашем понимании природы», - полагает Алекси Вуоринен (Aleksi Vuorinen), доцент кафедры физики в Университете Хельсинки.