Слияние нейтронных звезд может раскрыть тайну кваркового супа
Гравитационные волны, возникающие при столкновении нейтронных звезд, могут помочь узнать, образуется ли в их центре сверхплотная материя из кварков и глюонов — такая же, какая была в ранней Вселенной.
Нейтронные звезды — это остатки сгоревших звезд, которые имеют огромную плотность. Одна чайная ложка такого материала весит несколько сотен миллиардов килограммов. Но что происходит с материей при еще большем давлении? Никто не знает точно.
Одна из гипотез гласит, что нейтроны и протоны в центре нейтронных звезд распадаются на кварки и глюоны — самые маленькие частицы материи. Такой кварк-глюонный суп существовал в ранней Вселенной до того, как кварки объединились в атомы.
— Шигехиро Нагатаки из астрофизической лаборатории Большого взрыва RIKEN.
Как проверить эту гипотезу? Один из способов — это наблюдать за гравитационными волнами, которые возникают при слиянии двух нейтронных звезд. Гравитационные волны — это колебания пространства-времени, вызванные ускоренным движением массивных объектов. Они были впервые обнаружены в 2015 году и с тех пор стали мощным инструментом астрофизики.
Гравитационные волны от слияния нейтронных звезд несут информацию: что происходит с материей при таких экстремальных условиях. Например, они могут показать, как протоны и нейтроны переходят в кварки и глюоны.
Если этот переход действительно происходит, то он может быть либо резким, либо нечетким. Резкий переход означает, что материя меняет свое состояние внезапно, как вода при кипении. Нечеткий переход означает, что материя меняет свое состояние постепенно, как вода при нагревании под высоким давлением.
Нагатаки и его коллеги моделировали слияния нейтронных звезд с нечетким переходом и рассчитали гравитационные волны, которые они излучают. Они обнаружили, что можно определить наличие кварковой фазы и тип перехода по частоте гравитационных волн.
Частота гравитационных волн зависит от того, насколько быстро вращается нейтронная звезда. Чем больше нейтронная звезда, тем медленнее она вращается, и наоборот. Если в центре нейтронной звезды есть кварковая фаза, то ее частота будет отличаться от ожидаемой.
К сожалению, современные детекторы гравитационных волн не могут обнаружить такую разницу в частоте. Но в будущем появятся более чувствительные детекторы, которые смогут это сделать. Например, проект Einstein Telescope в Европе и проект Cosmic Explorer в США планируются к запуску в 2030-х годах.
— Шигехиро Нагатаки.
Кварк-глюонная материя представляет большой интерес для физиков и астрономов. Она может помочь понять свойства элементарных частиц и силы между ними. Она также может помочь понять эволюцию Вселенной после Большого Взрыва.
Кварк-глюонная материя может быть создана на Земле при очень высоких температурах и энергиях. Такие условия достигаются на больших ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) или Релятивистский тяжелый ионный коллайдер (РТИК). На этих ускорителях сталкиваются ядра атомов и получаются короткоживущие капли кварк-глюонной материи.
Но на нейтронных звездах кварк-глюонная материя может быть более стабильной и долгоживущей. Поэтому наблюдение за гравитационными волнами от слияния нейтронных звезд может дать уникальную возможность изучить эту экзотическую форму материи.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters под названием «Merger and Postmerger of Binary Neutron Stars with a Quark-Hadron Crossover Equation of State».
Нейтронные звезды — это остатки сгоревших звезд, которые имеют огромную плотность. Одна чайная ложка такого материала весит несколько сотен миллиардов килограммов. Но что происходит с материей при еще большем давлении? Никто не знает точно.
Одна из гипотез гласит, что нейтроны и протоны в центре нейтронных звезд распадаются на кварки и глюоны — самые маленькие частицы материи. Такой кварк-глюонный суп существовал в ранней Вселенной до того, как кварки объединились в атомы.
Некоторые исследователи считают, что кварковые фазы появятся в центре нейтронных звезд, но это только предположение
— Шигехиро Нагатаки из астрофизической лаборатории Большого взрыва RIKEN.
Как проверить эту гипотезу? Один из способов — это наблюдать за гравитационными волнами, которые возникают при слиянии двух нейтронных звезд. Гравитационные волны — это колебания пространства-времени, вызванные ускоренным движением массивных объектов. Они были впервые обнаружены в 2015 году и с тех пор стали мощным инструментом астрофизики.
Гравитационные волны от слияния нейтронных звезд несут информацию: что происходит с материей при таких экстремальных условиях. Например, они могут показать, как протоны и нейтроны переходят в кварки и глюоны.
Если этот переход действительно происходит, то он может быть либо резким, либо нечетким. Резкий переход означает, что материя меняет свое состояние внезапно, как вода при кипении. Нечеткий переход означает, что материя меняет свое состояние постепенно, как вода при нагревании под высоким давлением.
Нагатаки и его коллеги моделировали слияния нейтронных звезд с нечетким переходом и рассчитали гравитационные волны, которые они излучают. Они обнаружили, что можно определить наличие кварковой фазы и тип перехода по частоте гравитационных волн.
Частота гравитационных волн зависит от того, насколько быстро вращается нейтронная звезда. Чем больше нейтронная звезда, тем медленнее она вращается, и наоборот. Если в центре нейтронной звезды есть кварковая фаза, то ее частота будет отличаться от ожидаемой.
К сожалению, современные детекторы гравитационных волн не могут обнаружить такую разницу в частоте. Но в будущем появятся более чувствительные детекторы, которые смогут это сделать. Например, проект Einstein Telescope в Европе и проект Cosmic Explorer в США планируются к запуску в 2030-х годах.
Удивительно думать, что мы сможем определить тип перехода, обнаружив гравитационные волны. Это будет очень важное открытие для физики высоких энергий и космологии
— Шигехиро Нагатаки.
Зачем изучать кварк-глюонную материю?
Кварк-глюонная материя представляет большой интерес для физиков и астрономов. Она может помочь понять свойства элементарных частиц и силы между ними. Она также может помочь понять эволюцию Вселенной после Большого Взрыва.
Кварк-глюонная материя может быть создана на Земле при очень высоких температурах и энергиях. Такие условия достигаются на больших ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) или Релятивистский тяжелый ионный коллайдер (РТИК). На этих ускорителях сталкиваются ядра атомов и получаются короткоживущие капли кварк-глюонной материи.
Но на нейтронных звездах кварк-глюонная материя может быть более стабильной и долгоживущей. Поэтому наблюдение за гравитационными волнами от слияния нейтронных звезд может дать уникальную возможность изучить эту экзотическую форму материи.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters под названием «Merger and Postmerger of Binary Neutron Stars with a Quark-Hadron Crossover Equation of State».
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...