Ядро нейтронних зірок — надщільних об’єктів, що виникають в результаті гравітаційного колапсу зіркових ядер під час наднових, залишається загадкою. Новий суперкомп’ютерний аналіз дозволяє припустити, що ці мертві зірки можуть містити ядро, заповнене вільними кварками, фундаментальними субатомними частинками, що утворюють екзотичну матерію, яка називається “холодною кварковою матерією”.
З чого складається ядро нейтронної зорі?
Процес утворення нейтронної зірки починається із зірки, в 10-20 разів масивнішої, ніж Сонце. Протягом свого життя ця зірка витрачає своє ядерне паливо, переважно водень, внаслідок реакцій синтезу у своєму ядрі. Цей синтез створює силу, що врівноважує гравітаційний тиск на внутрішню частину зірки, підтримуючи її стабільність.
Коли зірка вичерпає запас ядерного палива, цієї сили тиску вже недостатньо, щоб компенсувати гравітаційне тяжіння матерії до центру зірки. Тоді зірка входить у фазу гравітаційного колапсу.
У випадку зірок з масою, що в десять-двадцять разів перевищує масу Сонця, гравітаційний колапс може бути настільки сильним, що протони та електрони, з яких зазвичай складається звичайна матерія, зливаються з утворенням нейтронів. Так народжуються нейтронні зорі. Ці надзвичайно щільні об’єкти мають розмір близько двадцяти кілометрів, але їхня маса еквівалентна масі Сонця в один або два рази.
Цей процес досить добре вивчений. Однак внутрішній склад цих нейтронних зірок досі залишається предметом вивчення, що повертає нас до цього дослідження.
У недавній роботі дослідники використовували складний метод, відомий як байєсівський висновок (статистичний метод), для вивчення внутрішнього складу нейтронних зірок. За допомогою цього методу вони змогли проаналізувати та інтерпретувати астрономічні спостереження, порівнявши їх із теоретичними моделями.
Екзотична форма матерії
Результати аналізу показали високу ймовірність того, що нутрощі нейтронних зірок складаються з так званої “холодної кваркової матерії”. Це екзотична форма матерії, яка відрізняється від класичної ядерної матерії, що складається з протонів та нейтронів.
Щоб було зрозуміліше, уявімо, що класична ядерна матерія — це як будівельні блоки, з яких можна побудувати атоми, що становлять основу всієї відомої нам матерії, наприклад зірок, планет і навіть нас самих. У разі холодної кваркової матерії, схоже, ці звичайні “будівельні блоки” (протони та нейтрони) замінюються більш фундаментальними компонентами, які називаються кварками та існують вільно, не утворюючи звичайних будівельних блоків.
Це відкриття дозволяє припустити, що нетрі нейтронних зірок можуть бути набагато дивнішими та екзотичнішими, ніж ми могли собі уявити. Ця гіпотеза може підтверджена у майбутньому завдяки покращенням у спостереженні гравітаційних хвиль від зіткнень нейтронних зірок. Однак для підтвердження будуть потрібні інтенсивні розрахунки на суперкомп’ютерах і точніші спостереження.
Подробиці дослідження опубліковані у журналі Nature Communications.