Чрезвычайно плотное вещество, состоящее из субатомных частиц, называемых кварками, может существовать внутри нейтронных звёзд. Отдельные кварки также могут быть созданы в коллайдерах частиц на Земле, таких как Большой адронный коллайдер. Однако поведение кварковой материи очень трудно смоделировать.
Во время своего выступления на этой неделе в ЦЕРНе Алекси Куркела (Aleksi Kurkela) из Университета Ставангера, Норвегия, объяснил, как данные нейтронной звезды позволили ему и его коллегам установить жёсткие ограничения на коллективное поведение этой экстремальной формы материи.
Куркела и его коллеги использовали свойство нейтронной звезды, обнаруженное после первого наблюдения научным сообществом гравитационных волн – ряби в ткани пространства-времени, возникающее во время слияния двух нейтронных звёзд. Это свойство связывает плотность звезды и давление в её недрах, обусловленное гравитационным притяжением соседней звезды, и технически известно, как приливная деформируемость.
Чтобы описать коллективное поведение кваркового вещества, физики обычно используют уравнения состояния, которые связывают давление вещества с другими его свойствами. Но они ещё не вывели уравнение состояния для кваркового вещества; они получили только системы таких уравнений. Учтя значения приливных деформаций нейтронных звёзд, наблюдаемых LIGO и Virgo, а также используя системы уравнений состояния для кваркового вещества нейтронной звезды, Куркела и его коллеги смогли преобразовать эти уравнения. Это позволило наложить более строгие ограничения на коллективные свойства вещества кварка и, в более общем плане, на ядерную материю при высоких плотностях, чем это было возможно ранее.
Вооружившись этими результатами, исследователи затем использовали пределы кварк-материи для вывода свойств нейтронной звезды. Используя этот подход, команда получила связь между радиусом и массой нейтронной звезды и обнаружила, что максимальный радиус нейтронной звезды, которая в 1,4 раза более массивна, чем Солнце, должен составлять от 10 до 14 км.
