Ядро нейтронных звезд может состоять из экзотической материи
Ядро нейтронных звезд — сверхплотных объектов, возникающих в результате гравитационного коллапса звездных ядер во время сверхновых — остается загадкой. Новый суперкомпьютерный анализ позволяет предположить, что эти мертвые звезды могут содержать ядро, заполненное свободными кварками, фундаментальными субатомными частицами, образующими экзотическую материю, называемую "холодной кварковой материей".
Из чего состоит ядро нейтронной звезды?
Процесс образования нейтронной звезды начинается со звезды, в 10-20 раз более массивной, чем Солнце. В течение своей жизни эта звезда расходует свое ядерное топливо, в основном водород, в результате реакций синтеза в своем ядре. Этот синтез создает силу, которая уравновешивает гравитационное давление на внутреннюю часть звезды, поддерживая ее стабильность.
Когда звезда исчерпает свой запас ядерного топлива, этой силы давления уже недостаточно, чтобы компенсировать гравитационное притяжение материи к центру звезды. Тогда звезда вступает в фазу гравитационного коллапса.
В случае звезд с массой, в десять-двадцать раз превышающей массу Солнца, гравитационный коллапс может быть настолько сильным, что протоны и электроны, из которых обычно состоит обычная материя, сливаются с образованием нейтронов. Так рождаются нейтронные звезды. Эти чрезвычайно плотные объекты имеют размер около двадцати километров, но их масса эквивалентна массе Солнца в один или два раза.
Этот процесс достаточно хорошо изучен. Однако внутренний состав этих нейтронных звезд до сих пор остается предметом изучения, что и возвращает нас к данному исследованию.
В недавней работе исследователи использовали сложный метод, известный как байесовское умозаключение (статистический метод), для изучения внутреннего состава нейтронных звезд. С помощью этого метода они смогли проанализировать и интерпретировать астрономические наблюдения, сравнив их с теоретическими моделями.
Экзотическая форма материи
Результаты анализа показали высокую вероятность того, что внутренности нейтронных звезд состоят из так называемой "холодной кварковой материи". Это экзотическая форма материи, которая отличается от классической ядерной материи, состоящей из протонов и нейтронов.
Чтобы было понятнее, давайте представим, что классическая ядерная материя — это как строительные блоки, из которых можно построить атомы, составляющие основу всей известной нам материи, например звезд, планет и даже нас самих. В случае холодной кварковой материи, похоже, эти обычные "строительные блоки" (протоны и нейтроны) заменяются более фундаментальными компонентами, называемыми кварками, которые существуют свободно, не образуя обычных строительных блоков.
Это открытие позволяет предположить, что внутренности нейтронных звезд могут быть гораздо более странными и экзотическими, чем мы могли себе представить. Эта гипотеза может быть подтверждена в будущем благодаря улучшениям в наблюдении гравитационных волн от столкновений нейтронных звезд. Однако для подтверждения потребуются интенсивные расчеты на суперкомпьютерах и более точные наблюдения.
Подробности исследования опубликованы в журнале .