Есть ли способ обнаружить странные кварковые звёзды?

Нейтронная звезда
Типичная нейтронная звезда меньше среднего города. Авторы и права: Goddard Space Flight Center.

Мир, который мы видим вокруг себя, построен из кварков. Они образуют ядра атомов и молекул, составляющих нас и наш мир. Хотя существует шесть типов кварков, обычная материя содержит только два: верхние кварки и нижние кварки. Протоны содержат два верхних и нижний, а нейтроны – два нижних и верхний кварки. На Земле четыре других типа кварков можно увидеть только в ускорителях частиц. Но некоторые из них могут также естественным образом появляться в плотных объектах, таких как нейтронные звёзды.

Стандартная модель нейтронных звёзд гласит, что нейтроны остаются в основном нетронутыми внутри этих плотных объектов. Таким образом, нейтронная звезда похожа на огромное атомное ядро, удерживаемое вместе гравитацией, а не сильным ядерным взаимодействием. Но мы не до конца понимаем, как нейтроны взаимодействуют при экстремальных температурах и плотностях. Возможно, что внутри нейтронной звезды нейтроны распадаются на суп из кварков, образуя так называемую кварковую звезду. Кварковые звёзды должны выглядеть как нейтронные, но при этом будут немного меньше.

Если кварковые звёзды существуют, то вполне вероятно, что верхние и нижние кварки с высокой энергией могут сталкиваться, создавая странные кварки. И здесь всё может быть, ну, немного странным. Странные кварки намного тяжелее, чем верхние и нижние кварки, поэтому странные кварки будут иметь тенденцию образовывать новый тип нуклонов, известный как стрэнджлеты. Простой стрэнджлет состоит из верхнего, нижнего и странного кварка. Поскольку стрэнджлеты намного плотнее протонов и нейтронов, контакт между ними разорвал бы протоны и нейтроны, что создало бы больше стрэнджлетов. По сути, если странная материя вступает в контакт с обычной материей, то последняя быстро превращается в странную материю. Таким образом во Вселенной может существовать всё, от странных звёзд до странных планет.

Странная кварковая звезда
Нейтронная и кварковая звёзды. Авторы и права: CXC / M. Weiss.

Хотя странная материя и интересная идея, но она не пользуется популярностью. Начнём с того, что если в некоторых нейтронных звёздах образуется странная кварковая материя, то она должна образовываться во всех них, вызывая их коллапс. Но мы видим множество нейтронных звёзд, которые слишком велики, чтобы быть странными кварковыми звёздами. Также существует тот факт, что странные кварки могут появляться в обычных протонах и нейтронах.

Например, хотя протон “состоит” из двух верхних кварков и нижнего кварка, на самом деле это только среднее значение. Квантовые флуктуации означают, что странные кварки могут появляться на короткие периоды времени. Но они нестабильны и не превращают нуклоны в странную материю. Так что, если странная материя действительно существует, она, вероятно, существует только внутри больших и плотных объектов.

Тем не менее, стоило учёным начать искать объекты, состоящие из странной материи во Вселенной, как они тут же нашлись! Недавнее исследование позволило обнаружить несколько кандидатов. В ходе исследования был проведён поиск объектов, известных как странные карлики. Эти гипотетические объекты имеют массу, аналогичную массе белого карлика, но вместо того, чтобы состоять из обычной материи в вырожденном состоянии, они состоят из странной кварковой материи, что делает их намного меньше белых карликов.

Белый карлик
Система ZTF J153932.16 + 502738.8, состоящая из двух белых карликов в представлении художника. Авторы и права: Caltech / IPAC.

Чтобы найти эти объекты, команда изучила данные из Монреальской базы данных белых карликов (MWDD), которая содержит данные о более чем 50 000 белых карликах. Для примерно 40 000 из них в базе данных указаны как масса, так и поверхностная сила тяжести. Масса белого карлика может быть определена по доплеровскому смещению его света, когда он вращается вокруг звезды-компаньона, или по гравитационному линзированию, в то время как поверхностная гравитация может быть измерена по гравитационному красному смещению.

Если вы знаете массу и силу тяжести звезды, вы можете легко вычислить её радиус. Команда сделала это, а затем сравнила полученные данные с соотношением массы и радиуса для белых карликов. Большинство из них соответствовали расчётным данным, но восемь звёзд – нет. Они были намного меньше по размеру и соответствовали по своим параметрам кварковым карликам.

Данных этой работы недостаточно, чтобы доказать, что эти объекты являются странными карликами, но эти объекты заслуживают дальнейшего изучения. Что-то в них странное, и было бы неплохо определить, связано ли это со странными кварками или чем-то ещё.

Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.