Ανακάλυψη νέου τύπου ύλης μέσα σε αστέρες νετρονίων. A new type of matter discovered inside neutron stars

Ισχυρά στοιχεία που υποδεικνύουν την παρουσία εξωτικής ύλης κουάρκ μέσα στους πυρήνες των μεγαλύτερων αστέρων νετρονίων που υπάρχουν ανακάλυψαν Φινλανδοί ερευνητές- οι οποίοι κατέληξαν στο συμπέρασμα αυτό συνδυάζοντας πρόσφατα αποτελέσματα ερευνών με μετρήσεις βαρυτικών κυμάτων από συγκρούσεις αστέρων νετρονίου. A research group has found strong evidence for the presence of exotic quark matter inside the cores of the largest neutron stars in existence. The conclusion was reached by combining recent results from theoretical particle and nuclear physics to measurements of gravitational waves from neutron star collisions. Confirming the existence of quark cores inside neutron stars has been one of the most important goals of neutron star physics for the last 40 years. Credit: JYRKI HOKKANEN, CSC - IT CENTER FOR SCIENCE

Η «κανονική» ύλη γύρω μας αποτελείται από άτομα, οι πυκνοί πυρήνες των οποίων, που αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια, περιτριγυρίζονται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Μέσα στους αστέρες νετρονίων, ωστόσο, η ατομική ύλη καταρρέει σε εξαιρετικά πυκνή πυρηνική ύλη, όπου τα νετρόνια και τα πρωτόνια είναι τόσο συνωστισμένα ώστε ολόκληρο το άστρο να μπορεί να θεωρείται ένας μεγάλος πυρήνας.

Μέχρι τώρα ήταν άγνωστο κατά πόσον μέσα στους πυρήνες των μεγαλύτερων άστρων η πυρηνική ύλη καταρρέει σε μια ακόμα πιο εξωτική κατάσταση, την ύλη κουάρκ, όπου οι ίδιοι οι πυρήνες παύουν να υπάρχουν. Επιστήμονες του University of Helsinki υποστηρίζουν πως έχουν βρει ότι η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι θετική- και τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Nature Physics.

«Η επιβεβαίωση της ύπαρξης πυρήνων κουάρκς μέσα σε αστέρες νετρονίων ήταν ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους της φυσικής από τότε που εξετάστηκε αυτό το ενδεχόμενο πριν από περίπου 40 χρόνια» είπε ο αναπληρωτής καθηγητής Αλέξι Βουορίνεν.

Artistic representation of a neutron star. The layer of "nuclear pasta" would be located in the innermost crust, near the core. (Image: © University of Alicante)

Σύμφωνα με τη μελέτη, η ύλη που βρίσκεται μέσα στους πυρήνες των μεγαλύτερων σταθερών αστέρων νετρονίων μοιάζει πολύ περισσότερο στην ύλη κουάρκ από ό,τι στη συνηθισμένη πυρηνική ύλη. Οι υπολογισμοί υποδεικνύουν ότι σε αυτά τα άστρα η διάμετρος του πυρήνα που ταυτοποιείται ως ύλη κουάρκ μπορεί να υπερβαίνει το ήμισυ του συνόλου του αστέρα νετρονίων. Ωστόσο ο Βουορίνεν υποδεικνύει πως υπάρχουν ακόμα πολλές αβεβαιότητες που σχετίζονται με την ακριβή δομή των αστέρων νετρονίων.

Όσον αφορά στο τι μπορεί να σημαίνει η (σχεδόν σίγουρη, σύμφωνα με το φινλανδικό πανεπιστήμιο) ανακάλυψη της ύλης κουάρκ, ο Βουορίνεν σημειώνει πως «υπάρχει ακόμα μια μικρή αλλά όχι ανύπαρκτη πιθανότητα όλοι οι αστέρες νετρονίων να αποτελούνται από πυρηνική ύλη μόνο. Αυτό που ήμασταν ωστόσο σε θέση να κάνουμε ήταν να ποσοτικοποιήσουμε αυτό που θα απαιτούσε αυτό το σενάριο. Εν ολίγοις, η συμπεριφορά της πυκνής πυρηνικής ύλης θα έπρεπε να είναι πολύ περίεργη. Για παράδειγμα, η ταχύτητα του ήχου θα έπρεπε να φτάνει περίπου αυτήν του φωτός».

Πηγές: Eemeli Annala, Tyler Gorda, Aleksi Kurkela, Joonas Nättilä and Aleksi Vuorinen. Evidence for quark-matter cores in massive neutron stars. Nature Physics, 2020 DOI: 10.1038/s41567-020-0914-9 - https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200601120036.htm - https://www.naftemporiki.gr/story/1605037/anakalupsi-neou-tupou-ulis-mesa-se-asteres-netronion