Получены новые доказательства наличия ядер из кварковой материи в массивных нейтронных звездах

Новый теоретический анализ оценивает вероятность того, что массивные нейтронные звезды скрывают ядра неопределенной кварковой материи, на значение от 80 до 90 процентов. Результат был достигнут с помощью мощных суперкомпьютерных вычислений с применением байесовского статистического вывода.

Об этом рассказывается в пресс-релизе на сайте Хельсинкского университета, передают OstanniPodii.com.

Экзотическое состояние вещества при самой высокой плотности

Ядра нейтронных звезд содержат вещество с самой высокой плотностью, достигнутой в нашей современной Вселенной: две массы Солнца сжаты внутри сферы диаметром 25 км. Эти астрофизические объекты можно представить как гигантские атомные ядра, в которых гравитация сжимает их центры до плотностей, во много раз превышающих плотности отдельных протонов и нейтронов.

Такие плотности делают нейтронные звезды интересными астрофизическими объектами с точки зрения физики элементарных частиц и ядерной физики.

Уже давно открыт вопрос, может ли огромное центральное давление нейтронных звезд сжимать протоны и нейтроны до новой фазы вещества, известной как холодная кварковая материя. В этом экзотическом состоянии вещества отдельные протоны и нейтроны больше не существуют.

"Вместо этого их составляющие, кварки и глюоны, освобождаются от своих типичных цветовых ограничений и могут двигаться почти свободно", - объясняет соавтор исследования Алекси Вуоринен, профессор теоретической физики элементарных частиц в Хельсинкском университете.

Новости по подобной теме:

В нашей галактике найден таинственный объект, который может быть самой легкой черной дырой, или самой тяжелой нейтронной звездой

Испортить день все еще может сильный фазовый переход

В новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications, была впервые дана количественная оценка вероятности существования ядер из кварковой материи внутри массивных нейтронных звезд. Исследователи показали, что, исходя из современных астрофизических наблюдений, кварковая материя почти неизбежна в самых массивных нейтронных звездах: количественная оценка, которую получила команда, поместила эту вероятность в диапазон 80-90%.

Остаточная небольшая вероятность того, что все нейтронные звезды состоят только из ядерной материи (протонов-нейтронов), требует, чтобы переход от ядерной к кварковой материи был сильным фазовым переходом первого порядка, несколько подобным тому, как жидкая вода превращается в лед. Такое быстрое изменение свойств вещества нейтронной звезды может дестабилизировать звезду таким образом, что образование даже маленького звездного ядра из кварковой материи приведет к коллапсу звезды и превращению её в черную дыру.

Это международное сотрудничество между учеными из Финляндии, Норвегии, Германии и США смогло еще раз продемонстрировать, как существование звездных ядер из кварковой материи может однажды быть либо полностью подтверждено, либо опровергнуто. Ключевым моментом является возможность ограничить силу фазового перехода между ядерной и кварковой материей, который, как ожидается, станет возможным после того, как однажды будет зарегистрирован гравитационно-волновой сигнал от последней части процесса слияния бинарной нейтронной звезды.

Массивные суперкомпьютерные вычисления с использованием данных наблюдений

Ключевым компонентом в получении новых результатов был комплекс массивных вычислений на суперкомпьютере с использованием байесовского вывода -- раздела статистического вывода, в котором вероятности различных параметров модели выводятся путем прямого сравнения с наблюдательными данными.

Байесовый компонент позволил исследователям получить новые пределы для свойств материи нейтронных звезд, продемонстрировав, что они приближаются к так называемому конформному поведению вблизи ядер самых массивных стабильных нейтронных звезд.

• Нейтронные звезды