Внутри массивных нейтронных звёзд происходят процессы, которые меняют свойства материи.
Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны образованы элементарными частицами, называемыми кварками, а электроны считаются фундаментальными. В обычных условиях кварки всегда связаны между собой и не могут существовать независимо, как электроны. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что в нейтронных звездах кварки могут стать свободными.
Нейтронные звёзды – это остатки массивных звёзд. Это последняя стадия эволюции, в которой плотное ядро звезды противостоит гравитационному коллапсу, превращаясь в нейтронную звезду. Когда ядерное топливо исчерпывается, единственным сопротивлением гравитации становится квантовое давление нейтронов. Модель нейтронной звезды предполагает, что её ядро состоит из нейтронов, находящихся на грани «саморазрушения». В этом состоянии нейтроны могут обладать огромной энергией и взаимодействовать друг с другом, но всё же остаются нейтронами благодаря тесной связи между кварками.
Некоторые учёные считают, что в условиях сильного гравитационного притяжения нейтроны могут меняться, позволяя кваркам перемещаться и смешиваться. В результате нейтронная звезда может иметь ядро из кварков. Астрофизики не могут проводить прямые эксперименты на нейтронных звёздах, поэтому учёные используют уравнения состояния для изучения поведения плотного ядерного вещества.
Уравнение состояния — математический метод определения главных свойств вещества. Для изучения нейтронных звёзд применяют уравнение Толмена-Оппенгеймера-Волкова (TOV). Решить его сложно, а результаты о наличии кваркового ядра в нейтронных звёздах не однозначны. Применение этого уравнения для понимания наличия у нейтронных звёзд ядра из кварков даёт ответ: «возможно».
В новом исследовании учёные применили байесовскую статистику для оценки вероятности наличия ядра из кварков в нейтронных звёздах. Исследователи использовали наблюдательные данные о массе и размере нейтронных звёзд и пришли к выводу, что массивные нейтронные звёзды массой более двух Солнц обладают вероятностью более 80% иметь ядро из кварков. Это указывает на наличие определённого порога массы, после которого нейтронная звезда начинает иметь кварковое ядро.
Выводы построены на ограниченном количестве наблюдений и нуждаются в последующем изучении с большим объемом данных. Дополнительные сведения и анализ большего числа нейтронных звёзд позволят ученым более точно установить границу перехода от звезд с ядром из кварков к обычным нейтронным звездам.
Новые открытия углубляют наше знание Вселенной и способствуют пониманию её самых крайних явлений.