RW Space

Атомы состоят из трех частей: протонов, нейтронов и электронов. Электроны — это тип фундаментальных частиц, но протоны и нейтроны — это составные частицы, состоящие из верхних и нижних кварков. У протонов есть две верхние части и одна нижняя, а у нейтронов две нижние и одна верхняя.

Из-за любопытной природы сильного взаимодействия эти кварки всегда связаны друг с другом, поэтому они никогда не могут быть по-настоящему свободными. частицы, подобные электронам, по крайней мере, в вакууме пустого пространства. Но новое исследование, проведенное в Nature Communications, показало, что они могут освобождаться в сердце нейтронных звезд.

Нейтронные звезды являются остатками крупных звезд. Это последняя попытка удержать звездное ядро ​​от коллапса в черную дыру. После того, как все ядерное топливо плотного ядра израсходовано, единственное, что может противодействовать гравитации, — это квантовое давление нейтронов. И тут все усложняется.

Простая модель нейтронной звезды предполагает, что ее ядро ​​заполнено нейтронами, которые находятся на грани коллапса. Они могут сталкиваться друг с другом с огромной энергией, но они все равно остаются нейтронами.

Кварки внутри них связаны слишком крепко, чтобы нейтроны могли разорваться. Но некоторые утверждают, что на этом гравитационном краю нейтроны могут ослабнуть, позволяя их кваркам слиться вместе, образуя своего рода кварковый суп. Это означало бы, что нейтронные звезды могут иметь плотное кварковое ядро.

К сожалению, мы не можем проводить эксперименты на нейтронных звездах и не можем создать на Земле плотную ядерную материю нейтронной звезды, но у нас есть некоторое представление о том, как ведет себя плотная ядерная материя, через ее уравнение состояния.

Уравнение состояния — это способ расчета объемных свойств материала, и для нейтронных звезд это уравнение состояния известно. как уравнение Толмана-Оппенгеймера-Волкова (TOV). Единственная проблема заключается в том, что TOV — невероятно сложное уравнение, и если вы воспользуетесь им, чтобы вычислить, есть ли у нейтронных звезд кварковое ядро, ответ, который вы получите… может быть.

В этом новом исследовании команда применила другой подход. Вместо того, чтобы выполнять расчеты по уравнению состояния, они взяли данные наблюдений о массе и размере нейтронных звезд и применили байесовскую статистику. Этот статистический метод рассматривает закономерности наблюдений и экстраполирует вероятные сценарии тонким, но эффективным способом.

В этом случае, если нейтронные звезды имеют кварковое ядро, то они немного более плотные, чем нейтронные звезды без кваркового ядра. . Поскольку у маленьких нейтронных звезд, вероятно, нет кваркового ядра, а у самых массивных нейтронных звезд оно, скорее всего, есть, сдвиг в соотношении масса-плотность должен проявиться в байесовском анализе.

Команда обнаружила, что массивные нейтронные звезды , те, чья масса превышает два Солнца, имеют вероятность наличия кваркового ядра примерно 80–90 процентов. Кажется, настоящий вопрос не в том, существуют ли кварковые звезды, а в том, где находится переход между кварковыми звездами и обычными нейтронными звездами.

To Честно говоря, этот анализ опирался на довольно небольшую выборку данных. В настоящее время мы не знаем ни массы, ни радиуса большинства нейтронных звезд, но со временем это изменится. Имея больше данных, мы сможем определить критический фазовый сдвиг между кварковой материей и плотной нейтронной материей.

Но на данный момент мы можем быть вполне уверены, что некоторые нейтронные звезды гораздо страннее, чем мы предполагали.

Эта статья была первоначально опубликована журналом Universe Today. Прочтите оригинал статьи.