Найдены дополнительные доказательства существования ядер кварковой материи в массивных нейтронных звездах

Плотность вещества, обнаруженная в ядрах нейтронных звезд, является самой высокой, достигнутой в нашей Вселенной. Эти невероятные астрофизические объекты можно рассматривать как огромные атомные ядра, гравитация которых сжимает их ядра до плотности, намного превышающей плотность отдельных протонов и нейтронов.


Эта чрезвычайная плотность делает нейтронные звезды интересными с точки зрения физики элементарных частиц и ядерной физики. Один из давних вопросов заключается в том, может ли огромное давление внутри нейтронных звезд сжимать протоны и нейтроны в новую фазу материи, называемую холодной кварковой материей.

В этом своеобразном состоянии отдельные протоны и нейтроны перестают существовать, а составляющие их кварки и глюоны освобождаются от своих обычных ограничений цвета и могут двигаться почти свободно. Однако ситуацию может нарушить сильный фазовый переход.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, группа из Хельсинкского университета предоставила первую количественную оценку вероятности наличия ядер кварковой материи в массивных нейтронных звездах. Они продемонстрировали, что, основываясь на текущих наблюдениях, кварковая материя весьма вероятна в самых массивных нейтронных звездах, причем вероятность находится в пределах 80-90%.

Существует небольшая вероятность того, что все нейтронные звезды состоят исключительно из ядерной материи. Однако для того, чтобы это было правдой, должен произойти резкий и резкий переход от ядерной материи к кварковой материи, подобно тому, как жидкая вода превращается в лед. Это внезапное изменение характеристик вещества нейтронной звезды потенциально может нарушить стабильность звезды до такой степени, что образование даже незначительного количества кварковой материи приведет к коллапсу звезды в черную дыру.

Ученые из Финляндии, Норвегии, Германии и США объединили усилия в рамках международного сотрудничества для исследования существования ядер кварковой материи. Их исследования направлены на то, чтобы окончательно подтвердить или опровергнуть наличие этих ядер, и они добились значительного прогресса в этом начинании. Одним из важнейших аспектов их работы является способность контролировать силу фазового перехода между ядерной и кварковой материей.

Такого контроля можно было бы достичь, анализируя сигнал гравитационной волны, излучаемый на заключительных стадиях слияния двойной нейтронной звезды. Для проведения своих исследований ученые использовали мощный суперкомпьютер, который обрабатывал огромные объемы данных наблюдений. Таким образом, это международное сотрудничество ученых добилось значительных успехов в своем стремлении изучить существование ядер кварковой материи. Используя передовые вычислительные методы и байесовский вывод, они получили важную информацию о свойствах вещества в нейтронных звездах.

Это исследование приближает нас к всестороннему пониманию фундаментальных строительных блоков Вселенной. Команда использовала байесовский вывод, ветвь статистической дедукции, для проведения множества сложных вычислений. Этот подход позволил им определить вероятность различных параметров модели путем прямого сравнения их с данными наблюдений. Байесовский компонент их исследования дал ценную информацию о свойствах вещества в нейтронных звездах. Установив новые границы и ограничения, исследователи получили более глубокое понимание характеристик и поведения вещества нейтронной звезды.