Отримано нові докази наявності ядер з кваркової матерії в масивних нейтронних зорях

Новий теоретичний аналіз оцінює ймовірність того, що масивні нейтронні зорі приховують ядра невизначеної кваркової матерії, на значення від 80 до 90 відсотків. Результату було досягнуто за допомогою потужних суперкомп′ютерних обчислень із застосуванням байєсового статистичного виведення.

Про це розповідається у пресрелізі на сайті Гельсінського університету, передають OstanniPodii.com.

Екзотичний стан речовини при найвищій густині

Ядра нейтронних зір містять речовину з найвищою густиною, досягнутою в нашому сучасному Всесвіті: дві маси Сонця стиснуті всередині сфери діаметром 25 км. Ці астрофізичні об′єкти можна уявити як гігантські атомні ядра, в яких гравітація стискає їхні центри до густин, що у багато разів перевищують густини окремих протонів і нейтронів.

Такі густини роблять нейтронні зорі цікавими астрофізичними об′єктами з точки зору фізики елементарних частинок та ядерної фізики.

Вже давно є відкритим питання, чи може величезний центральний тиск нейтронних зір стискати протони й нейтрони до нової фази речовини, відомої як холодна кваркова матерія. У цьому екзотичному стані речовини окремі протони й нейтрони більше не існують.

"Натомість їхні складові, кварки та глюони, звільняються від своїх типових колірних обмежень і можуть рухатися майже вільно", - пояснює співавтор дослідження Алексі Вуорінен, професор теоретичної фізики елементарних частинок в Гельсінському університеті.

Зіпсувати день все ще може сильний фазовий перехід

У новій статті, опублікованій в журналі Nature Communications, було вперше надано кількісну оцінку ймовірності існування ядер з кваркової матерії всередині масивних нейтронних зір. Дослідники показали, що, виходячи з сучасних астрофізичних спостережень, кваркова матерія майже неминуча у наймасивніших нейтронних зорях: кількісна оцінка, яку отримала команда, помістила цю ймовірність в діапазон 80-90%.

Залишкова невелика ймовірність того, що всі нейтронні зорі складаються лише з ядерної матерії (протонів-нейтронів), вимагає, щоб перехід від ядерної до кваркової матерії був сильним фазовим переходом першого порядку, дещо подібним до того, як рідка вода перетворюється на лід. Така швидка зміна властивостей речовини нейтронної зорі може дестабілізувати зорю таким чином, що утворення навіть малесенького зоряного ядра з кваркової матерії призведе до колапсу зорі й перетворення її на чорну діру.

Ця міжнародна співпраця між вченими з Фінляндії, Норвегії, Німеччини та США змогла ще раз продемонструвати, як існування зоряних ядер з кваркової матерії може одного дня бути або повністю підтверджено, або спростовано. Ключовим моментом є можливість обмежити силу фазового переходу між ядерною та кварковою матерією, який, як очікується, стане можливим після того, як одного дня буде зареєстровано гравітаційно-хвильовий сигнал від останньої частини процесу злиття бінарної нейтронної зорі.

Масивні суперкомп′ютерні обчислення з використанням даних спостережень

Ключовим компонентом в отриманні нових результатів був комплекс масивних обчислень на суперкомп′ютері з використанням байєсового висновування -- розділу статистичного виведення, в якому ймовірності різних параметрів моделі виводяться шляхом прямого порівняння зі спостережними даними.

Байєсовий компонент дозволив дослідникам отримати нові межі для властивостей матерії нейтронних зір, продемонструвавши, що вони наближаються до так званої конформної поведінки поблизу ядер наймасивніших стабільних нейтронних зір.