Ekstremno gusti i egzotični hipotetski kozmički objekti poznati kao "čudne kvarkove zvijezde" možda postoje u svemiru. Dok astrofizičari i dalje raspravljaju o postojanju kvarkovih zvijezda, tim fizičara otkrio je da ostatak spajanja neutronske zvijezde opažen 2019. ima točno onu masu potrebnu da bude jedna.
Kada zvijezde umru, njihove se jezgre toliko stežu da se pretvaraju u nove vrste objekata. Na primjer, kada Sunce konačno izumre, iza sebe će ostaviti bijelog patuljka, kuglu veličine planeta od visoko komprimiranih atoma ugljika i kisika. Kada čak i veće zvijezde eksplodiraju u kataklizmičkim eksplozijama koje se nazivaju supernove, za sobom ostavljaju neutronske zvijezde. Ovi nevjerojatno gusti objekti široki su samo nekoliko kilometara, ali njihova masa može biti nekoliko puta veća od Sunčeve. Kao što im ime govori, sastavljene su gotovo u potpunosti od čistih neutrona, što ih zapravo čini kilometrima dugim atomskim jezgrama.
Neutronske zvijezde toliko su egzotične da ih fizičari još nisu u potpunosti razumjeli. Iako možemo promatrati kako neutronske zvijezde stupaju u interakciju sa svojom okolinom i napraviti neke dobre pretpostavke o tome što se događa s tom neutronskom materijom blizu površine, sastav njihovih jezgri ostaje nedokučiv.
Problem je u tome što neutroni nisu potpuno temeljne čestice. Iako se spajaju s protonima u atomske jezgre, sami neutroni se sastoje od još manjih čestica koje se nazivaju kvarkovi.
Postoji šest vrsta, odn arome, kvarkovi: gore, dolje, vrh, dno, čudno i šarm. Neutron se sastoji od dva donja kvarka i jednog gornjeg kvarka. Ako spljoštite previše atoma zajedno, oni će se pretvoriti u ogromnu kuglu neutrona. Dakle, ako stisnete previše neutrona zajedno, hoće li se oni pretvoriti u ogromnu kuglu kvarkova?
Odgovori se kreću od "možda" do "teško je". Problem je u tome što kvarkovi stvarno ne vole biti sami. Snažna nuklearna sila, koja veže kvarkove u jezgri, zapravo raste s udaljenošću. Ako pokušate spojiti dva kvarka, sila koja ih vuče natrag se povećava. Na kraju, gravitacijska energija između njih postaje tolika da se u vakuumu pojavljuju nove čestice, uključujući i nove kvarkove, koji se sretno vežu s razdvojenima.
Ako želite stvoriti makroskopski objekt od gore ili dolje kvarkova koji čine neutron, taj bi objekt eksplodirao vrlo brzo i vrlo nasilno.
Ali možda postoji način koji koristi čudne kvarkove. Sami po sebi, čudni kvarkovi su prilično teški, a kada im se dopusti da se odmore, brzo se raspadnu na lakše gornje i donje kvarkove. Međutim, kada se veliki broj kvarkova spoji zajedno, fizika se može promijeniti. Fizičari su otkrili da se čudni kvarkovi mogu povezati s gornjim i donjim kvarkovima i formirati trojke poznate kao starlete, koji može biti stabilan - ali samo pod ekstremnim pritiscima.
Ako previše stisnete neutronsku zvijezdu, svi neutroni gube svoju sposobnost podupiranja zvijezde i ona eksplodira stvarajući crnu rupu. Ali može postojati međufaza u kojoj je tlak dovoljno visok da otopi neutrone i formira čudnu kvarkovu zvijezdu, ali nije dovoljno jak da ga gravitacija preuzme.
Astronomi ne očekuju da će pronaći mnogo čudnih zvijezda u svemiru, ti bi objekti trebali biti teži od neutronskih zvijezda, ali lakši od crnih rupa, a nema puno prostora za manevar. A budući da ne razumijemo u potpunosti fiziku čudnih zvijezda, ne znamo ni točne mase na kojima čudne zvijezde mogu postojati.
Ali tim astronoma nedavno je promatrao GW190425, događaj gravitacijskih valova uzrokovan spajanjem dviju neutronskih zvijezda promatranih 2019. godine. Uz ogromnu količinu gravitacijskih valova, spajanje neutronskih zvijezda rezultira stvaranjem kilonove, eksplozije koja je snažnija od normalne nove, ali slabija od supernove. Iako astronomi nisu mogli otkriti elektromagnetski signal iz ovog događaja, uočili su sličan događaj 2017. koji je proizveo i gravitacijske valove i zračenje.
Kada se dvije neutronske zvijezde spoje, postoji nekoliko opcija za razvoj događaja ovisno o njihovim masama, spinovima i kutu sudara. Prema teoretskim proračunima, neutronske zvijezde mogu uništiti jedna drugu, formirati crnu rupu ili stvoriti nešto masivniju neutronsku zvijezdu.
A prema novoj studiji, ovi kozmički sudari mogli bi dovesti do formiranja čudne kvark zvijezde.
Tim je procijenio da je masa objekta preostalog od spajanja 2019. bila negdje između 3,11 i 3,54 solarne mase. Na temelju našeg najboljeg razumijevanja strukture neutronskih zvijezda, to je prevelika masa i trebala je eksplodirati u crnu rupu. Ali također spada u raspon masa koji dopuštaju strukturni modeli ovih čudnih zvijezda.
Prerano je reći je li 190425 GW2019 naše prvo opažanje rijetke zvijezde s čudnim kvarkom, ali buduća promatranja (i više teorijskog rada) mogu pomoći astronomima da odrede lokaciju jednog od ovih egzotičnih stvorenja.
Možete pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih osvajača. Najbolji način da to učinite je donirati sredstva Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili putem službene stranice NBU.
Pročitajte također:
- Masivne zvijezde mogu "krasti" planete
- Veliki hadronski sudarač pomogao je pronaći novi način mjerenja mase kvarka