Visatoje gali egzistuoti itin tankūs ir egzotiški hipotetiniai kosminiai objektai, žinomi kaip „keistos kvarkų žvaigždės“. Kol astrofizikai ir toliau diskutuoja apie kvarkinių žvaigždžių egzistavimą, fizikų komanda išsiaiškino, kad 2019 m. pastebėtos neutroninės žvaigždės susiliejimo liekanos turi būtent tokią masę, kokios reikia.
Kai žvaigždės miršta, jų šerdys taip susitraukia, kad virsta naujo tipo objektais. Pavyzdžiui, kai Saulė pagaliau užges, ji paliks baltą nykštuką – planetos dydžio labai suspaustų anglies ir deguonies atomų rutulį. Kai dar didesnės žvaigždės sprogsta per kataklizminius sprogimus, vadinamus supernovomis, jos palieka neutronines žvaigždes. Šių neįtikėtinai tankių objektų skersmuo yra tik keli kilometrai, tačiau jų masė gali būti kelis kartus didesnė už Saulės. Kaip rodo jų pavadinimas, jie beveik vien sudaryti iš grynų neutronų, todėl iš tikrųjų yra kilometrų ilgio atominiai branduoliai.
Neutroninės žvaigždės yra tokios egzotiškos, kad fizikai jų dar iki galo nesuprato. Nors galime stebėti, kaip neutroninės žvaigždės sąveikauja su aplinka, ir gerai spėlioti, kas nutinka šiai neutroninei medžiagai šalia paviršiaus, jų branduolių sudėtis lieka sunkiai suprantama.
Problema ta, kad neutronai nėra visiškai pagrindinės dalelės. Nors jie jungiasi su protonais ir sudaro atomų branduolius, patys neutronai yra sudaryti iš dar mažesnių dalelių, vadinamų kvarkais.
Yra šeši tipai arba aromatai, kvarkai: aukštyn, žemyn, viršuje, apačioje, keista ir žavesio. Neutroną sudaro du žemyn kvarkai ir vienas aukštyn kvarkas. Jei suplosite per daug atomų, jie pavirs milžinišku neutronų kamuoliu. Taigi, jei suspausite per daug neutronų, ar jie pavirs milžinišku kvarkų kamuoliu?
Atsakymai svyruoja nuo „galbūt“ iki „sunku“. Problema ta, kad kvarkai tikrai nemėgsta būti vieni. Stipri branduolinė jėga, jungianti kvarkus branduolyje, iš tikrųjų didėja didėjant atstumui. Jei bandote sutraukti du kvarkus, jėga, traukianti juos atgal, didėja. Galiausiai gravitacinė energija tarp jų tampa tokia didelė, kad vakuume atsiranda naujų dalelių, įskaitant naujus kvarkus, kurie laimingai susijungia su atskirtomis dalelėmis.
Jei norėtumėte sukurti makroskopinį objektą iš aukštyn arba žemyn kvarkų, sudarančių neutroną, tas objektas labai greitai ir labai smarkiai sprogtų.
Bet galbūt yra būdas naudoti keistus kvarkus. Patys savaime keisti kvarkai yra gana sunkūs, o kai jiems leidžiama pailsėti, jie greitai suyra į lengvesnius aukštyn ir žemyn kvarkus. Tačiau sujungus daug kvarkų, fizika gali pasikeisti. Fizikai atrado, kad keisti kvarkai gali susijungti su aukštyn ir žemyn kvarkais, sudarydami tripletus, žinomus kaip žvaigždės, kuris gali būti stabilus, bet tik esant dideliam slėgiui.
Jei per daug suspaudžiate neutroninę žvaigždę, visi neutronai praranda gebėjimą palaikyti žvaigždę ir ji sprogsta, sudarydama juodąją skylę. Tačiau gali būti tarpinis etapas, kai slėgis yra pakankamai didelis, kad ištirptų neutronai ir susidarytų keista kvarko žvaigždė, bet nepakankamai stiprus, kad gravitacija imtų viršų.
Astronomai nesitiki visatoje rasti daug keistų žvaigždžių, šie objektai turėtų būti sunkesni už neutronines žvaigždes, bet lengvesni už juodąsias skyles, o manevravimo erdvės nėra daug. Ir kadangi mes visiškai nesuprantame keistų žvaigždžių fizikos, mes net nežinome tikslios masės, kurioje gali egzistuoti keistos žvaigždės.
Tačiau astronomų komanda neseniai pažvelgė į GW190425 – gravitacinių bangų įvykį, kurį sukėlė dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimas, pastebėtas 2019 m. Kartu su didžiuliu gravitacinių bangų kiekiu, neutroninių žvaigždžių susiliejimas lemia kilonovos susidarymą – sprogimą, kuris yra galingesnis nei įprasta nova, bet silpnesnis už supernovą. Nors astronomams nepavyko aptikti šio įvykio elektromagnetinio signalo, 2017 metais jie pastebėjo panašų įvykį, kuris sukėlė ir gravitacines bangas, ir spinduliuotę.
Kai susilieja dvi neutroninės žvaigždės, yra keletas įvykių raidos variantų, priklausomai nuo jų masės, sukimosi ir susidūrimo kampo. Remiantis teoriniais skaičiavimais, neutroninės žvaigždės gali viena kitą sunaikinti, suformuoti juodąją skylę arba sukurti kiek masyvesnę neutroninę žvaigždę.
Ir, remiantis nauju tyrimu, šie kosminiai susidūrimai gali sukelti keistos kvarko žvaigždės susidarymą.
Komanda apskaičiavo, kad objekto masė, likusi po 2019 m. susijungimo, buvo kažkur tarp 3,11 ir 3,54 saulės masės. Remiantis geriausiu mūsų supratimu apie neutroninių žvaigždžių struktūrą, tai per didelė masė ir turėjo sprogti į juodąją skylę. Tačiau jis taip pat patenka į masių diapazoną, kurį leidžia šių keistų žvaigždžių struktūriniai modeliai.
Dar per anksti pasakyti, ar 190425 m. GW2019 yra pirmasis mūsų retos žvaigždės su keistu kvarku stebėjimas, tačiau būsimi stebėjimai (ir daugiau teorinių darbų) gali padėti astronomams tiksliai nustatyti vienos iš šių egzotiškų būtybių vietą.
Jūs galite padėti Ukrainai kovoti su Rusijos įsibrovėliais. Geriausias būdas tai padaryti – aukoti lėšas Ukrainos ginkluotosioms pajėgoms per Išgelbėk gyvybę arba per oficialų puslapį NBU.
Taip pat skaitykite:
- Masyvios žvaigždės gali „pavogti“ planetas
- Didysis hadronų greitintuvas padėjo rasti naują būdą išmatuoti kvarkų masę