Астрофизики из Хельсинского университета провели первую количественную оценку наличия ядер кварковой материи внутри массивных нейтронных звезд. Анализ и суперкомпьютерное моделирование показывают, что вероятность того, что давления в недрах таких звезд достаточно, чтобы разорвать нейтроны на кварки, составляет от 80 до 90%.
Ядра нейтронных звезд содержат материю с самой высокой плотностью в современной Вселенной: две и более солнечные массы материи сжаты внутри сферы диаметром всего 25 км. Эти объекты напоминают гигантские атомные ядра, гравитация которых сжимает их до плотностей, во много раз превышающих плотности отдельных протонов и нейтронов. Теория предполагает, что в таких условиях элементарные частицы распадаются на кварки, которые могут двигаться практически свободно.
Исследователи провели множественные суперкомпьютерные вычисления с использованием байесовского вывода — ветви статистической дедукции, в которой можно сделать вывод о вероятности различных параметров модели путем прямого сравнения с данными наблюдений. Байесовский компонент исследования позволил исследователям получить новые границы свойств материи нейтронных звезд, продемонстрировав их приближение к так называемому конформному поведению вблизи ядер наиболее массивных стабильных нейтронных звезд.
Результаты вычислений дали количественную оценку существования внутри нейтронных звезд кварковой материи в диапазон 80–90%. Остается небольшая вероятность, что все нейтронные звезды состоят только из ядерной материи. Это возможно если переход от ядерной материи к кварковой представляет сильный фазовый переходом первого рода, чем-то напоминающим превращение жидкой воды в лед. Такое быстрое изменение свойств потенциально может дестабилизировать звезду, при этом образование даже крохотного ядра из кварковой материи приведет к коллапсу звезды в черную дыру.
Поставить точку в этом вопросе помогут будущие наблюдения, добавляют астрофизики. Измерение свойств фазового перехода между ядерной и кварковой материей станет возможным, как только однажды будет записан гравитационно-волновой сигнал от последней части слияния двойной нейтронной звезды.
Читать далее:
Физики разработали эксперимент по превращению света в материю
Творение Вселенной объяснили по-новому: как это меняет физику
Ученые провели квантовую «телепортацию» изображений по сети
На обложке: художественная иллюстрация многослойного строения нейтронной звезды с кварковым ядром в центре. Изображение: Jyrki Hokkanen, Finnish supercomputer center CSC