За винятком чорних дірок, нейтронні зірки є найбільш щільними об'єктами у Всесвіті.
Що таке нейтронні зірки?
Після того, як масивні зірки спалюють паливоі вибухають як наднові, може утворитися надзвичайно компактні об'єкти — нейтронні зірки. Вони надзвичайно щільні. Так, чайна ложка речовини нейтронної зірки важить на Землі близько 112 млн тонн. При цьому вони дуже малі – середня нейтронна зірка може поміститися у межі Лондона. А ось у Сонці, найближчу до нас зірку поміститься понад мільйон Земель.
Нейтронні зірки малесенькі за розміром, але дуже щільні. Типова нейтронна зірка проти Лондоном.
Автори та права: Колб'єрн Скарпнес, NTNU
Щоб досягти такої щільності, доведеться стиснути таке масивне тіло, як Сонце, до розмірів міста на кшталт Франкфурта.
На сьогоднішній день вчені знають про існуваннявід 2 000 до 3 000 нейтронних зірок у Чумацькому Шляху. Але вважається, що їх набагато більше. Їх важко зафіксувати з багатьох причин, починаючи з крихітного розміру (принаймні за астрономічними мірками), до слабкої світності у видимому світлі.
Чим вони такі цікаві?
Усі об'єкти у Всесвіті складаються із зірковогоречовини. Проте чи все світила синтезують одні й самі хімічні елементи. Прості зірки це заводи для виробництва гелію, вуглецю та інших звичних легких елементів.
Ілюстрація: ESO
Для створення більш важких, таких як срібло, золото і платина, необхідно зіткнення нейтронних зірок.
Які у вчених питання до нейтронних зірок?
Виміряти гравітаційні хвилі, невеликіколивання простору-часу, що виникають при зіткненні двох нейтронних зірок, вдалося лише у 2017 році. Однак склад отриманого гарячого і щільного продукту злиття точно невідомий. Досі залишається відкритим питання, наприклад, чи можуть кварки, які інакше захоплюються нейтронами, з'явитися у вільній формі після зіткнення. Щоби з'ясувати це, автори нового дослідження розробили нову модель.
Що зробили дослідники?
У рамках нового дослідження вчені розширилимоделі ядерної фізики, які не застосовуються при високих густинах. Для цього вони використовували метод, який використовується в теорії струн для опису переходу до щільної і гарячої кваркової матерії.
Кварк - елементарна частка та фундаментальнаскладова матерії. Кварки об'єднуються у складові частинки, звані адронами, найбільш стабільними з яких є протони та нейтрони, компоненти атомних ядер.
Ілюстрація нового методу:дослідники використовують п'ятимірні чорні діри (праворуч) для розрахунку фазової діаграми сильно пов'язаної матерії (у центрі). Це дозволяє моделювати злиття нейтронних зірок і гравітаційні хвилі (ліворуч).
Надано: Університет Гете у Франкфурті-на-Майні
Автори дослідження використовували математичнеспіввідношення, знайдене в теорії струн, а саме відповідність між п'ятивимірними чорними дірками і сильно взаємодіючою речовиною, для опису фазового переходу між щільним ядерним і кварковою матерією.
Іншими словами, фізики використовували п'ятивимірнічорні дірки, щоб розрахувати фазову діаграму сильно пов'язаної матерії. Це допомогло вченим змоделювати злиття нейтронних зірок і гравітаційні хвилі, що виникають в результаті.
Кваркова речовина, що складається з u-і d-кварків, відрізняється дуже високою енергією Фермі в порівнянні з звичайною атомарною речовиною. Також воно стабільне лише при екстремальних температурах та/або тисках. Це говорить про те, що стабільними кварковими зірками можуть бути тільки нейтронні з ядром з кваркової матерії.
Що вони з'ясували?
Вчені вже використали нову модельв комп'ютерному моделюванні. Так вони змогли обчислити сигнал гравітаційних хвиль від цих зіткнень і показати, що в результаті «космічного побачення» нейтронних зірок може з'явитися як гаряча, так і холодна кваркова матерія.
Нагадаємо, гравітаційні хвилі — змінигравітаційного поля, що поширюються подібно до хвиль. Випромінюються рухомими масами, але після випромінювання відриваються від них і існують незалежно від цих мас. Математично пов'язані з обуренням метрики простору-часу і можуть бути описані як «брижі простору-часу».
Що далі?
У майбутньому вчені сподіваються, що зможуть порівняти моделі з майбутніми гравітаційними хвилями, виміряними з космосу, щоб краще зрозуміти кваркову матерію в зіткненнях нейтронних зірок.
Читати далі:
Археологи офіційно підтвердили оповіді з Біблії
Знайдено могилу «жриці» Афродіти: вчені показали, що знайшли там
Вчені розглянули, що на території столиці майя. Знахідка їх здивувала
На обкладинці: University of Warwick/Mark Garlick, СС BY 4.0, via Wikimedia Commons