Μια παράξενη κατάσταση της ύλης υπάρχει βαθιά μέσα σε τεράστια αστέρια νετρονίων
– TechWar.gr

Τα άτομα αποτελούνται από τρία πράγ

ματ

α: πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια, ενώ τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι σύνθετα σωματίδια και αποτελούνται από up quarks και down κουάρκ. Τα πρωτόνια έχουν δύο πάνω και ένα κάτω κουάρκ, ενώ τα νετρόνια έχουν δύο κουάρκ προς τα κάτω και ένα προς τα πάνω.

Λόγω της περίεργης φύσης της ισχυρής δύναμης που συγκρατεί τα κουάρκ μαζί, τα πρωτόνια και τα νετρόνια δεν μπορούν να είναι πραγματικά ελεύθερα σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια, τουλάχιστον όχι στο απόλυτο κενό του χώρου. Αλλά νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications διαπίστωσε ότι μπορούν να

απε

λευθερωθούν στην

καρδιά

των άστρων νετρονίων.

Τα αστέρια νετρονίων είναι αυτά που μένουν μετά την κατάρρευση αστεριών μεγάλης μάζας όταν τελειώνουν τα καύσιμα. Είναι η απέλπιδα προσπάθεια του αστεριού να αποφύγει την κατάρρευση σε μια μαύρη τρύπα. Όταν εξαντληθεί όλο το πυρηνικό καύσιμο, μόνο η κβαντική

πίεση

των νετρονίων μπορεί να εξουδετερώσει την τεράστια βαρύτητα, και

εδώ

είναι που τα πράγματα περιπλέκονται.

Το απλό μοντέλο ενός αστέρα νετρονίων είναι ότι ο πυρήνας είναι γεμάτος νετρόνια λίγο πριν καταρρεύσει, εξ ου και το όνομα. Μπορεί να τροφοδοτούν το ένα το άλλο με τεράστια ενέργεια, αλλά παραμένουν νετρόνια.

Τα κουάρκ που αποτελούν τα νετρόνια είναι πολύ στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους για να διασπαστούν. Ωστόσο, αρκετοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι τα νετρόνια μπορούν να χαλαρώσουν στην άκρη της κατάρρευσης, σε αυτό το βαρύ άκρο, επιτρέποντας στα κουάρκ να ρέουν σαν σούπα κουάρκ. Αυτό σημαίνει ότι τα αστέρια νετρονίων έχουν έναν πυκνό πυρήνα από κουάρκ.

Δυστυχώς, δεν μπορούμε να διεξάγουμε πειράματα σε αστέρια νετρονίων ούτε να δημιουργήσουμε πυρηνική ύλη τόσο πυκνή όσο αυτή ενός αστέρα νετρονίων στη Γη. Μας δίνει όμως μια ιδέα για το πόσο πυκνή συμπεριφέρεται η πυρηνική ύλη


Εξίσωση κατάστασης


.

Η εξίσωση κατάστασης είναι μια μέθοδος για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων του όγκου ενός υλικού. Για τους αστέρες νετρονίων, αυτή η εξίσωση κατάστασης είναι γνωστή ως εξίσωση Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV). Το μόνο πρόβλημα είναι ότι το TOV είναι μια απίστευτα σύνθετη εξίσωση, και όταν το χρησιμοποιείτε για να υπολογίσετε αν τα αστέρια νετρονίων έχουν πυρήνα κουάρκ, η απάντηση που θα λάβετε είναι… ίσως.

Για αυτή τη νέα μελέτη, η ομάδα ακολούθησε μια διαφορετική προσέγγιση. Αντί να μπλέκουν με την εξίσωση της κατάστασης, χρησιμοποίησαν δεδομένα παρατήρησης σχετικά με τη μάζα και το μέγεθος των άστρων νετρονίων και εφάρμοσαν στατιστικές Bayes. Αυτή η στατιστική μέθοδος εξετάζει μοτίβα από δεδομένα παρατήρησης και παρέχει πιθανά σενάρια με έναν λεπτό αλλά πολύ ισχυρό τρόπο.

Όταν τα αστέρια νετρονίων έχουν πυρήνα από κουάρκ, είναι ελαφρώς πιο πυκνά από τα αστέρια νετρονίων χωρίς πυρήνα κουάρκ. Δεδομένου ότι τα μικρότερα αστέρια νετρονίων, σε αντίθεση με τα πολύ μεγαλύτερα αστέρια, δεν έχουν πυρήνες κουάρκ, μια μετατόπιση στη σχέση μάζας-πυκνότητας θα πρέπει να συμβεί στην Μπεϋζιανή ανάλυση.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι τα αστέρια με μάζα μεγαλύτερη από δύο ήλιους έχουν 80-90% πιθανότητα να έχουν πυρήνες κουάρκ. Φαίνεται ότι το πραγματικό μυστήριο δεν είναι αν υπάρχουν αστέρια με πυρήνες κουάρκ, αλλά μάλλον πού βρίσκεται το σημείο μετάβασης από ένα αστέρι νετρονίων σε ένα αστέρι που αποτελείται από κουάρκ.

Το μειονέκτημα αυτής της έρευνας είναι ότι δεν είχε πολλά δεδομένα για να τη βασίσει, καθώς επί του παρόντος γνωρίζουμε πολύ λίγα για τη μάζα και την ακτίνα των περισσότερων άστρων νετρονίων. Αυτό φυσικά θα αλλάξει με την πάροδο του χρόνου και καθώς λαμβάνουμε περισσότερα δεδομένα, μπορούμε να καταλάβουμε πού βρίσκεται το κρίσιμο σημείο μετατόπισης φάσης μεταξύ ύλης κουάρκ και ύλης πυκνής νετρονίων.

Αυτό που έχει δείξει σίγουρα η έρευνα, ωστόσο, είναι ότι ορισμένα αστέρια νετρονίων είναι αρκετά διαφορετικά από αυτά που γνωρίζαμε προηγουμένως.