Интересная форма материи находится внутри нейтронных звезд

"Ядерные спагетти" из нейтронной звезды

Где в наше время можно наблюдать процессы формирования вещества из кварк-глюонной плазмы? Долгое время ученые предполагали, что подобный процесс может происходить внутри нейтронных звезд, там существует интересная форма материи, называемая "ядерные спагетти". Недавно же группа ученых из Испании доказала реальность существования этих "спагетти".

Фото:

Согласно принятый на сегодняшний день теории о структуре ранней Вселенной, после Большого Взрыва в ней не было ничего, кроме так называемой кварк-глюонной плазмы. Это такое состояние материи, когда кварки — фундаментальные частицы в Стандартной модели, обладающие электрическим зарядом, кратным e/3, еще не соединились при помощи глюонов в барионы, которые вместе с электронами и образовали в последствии то, что мы называем веществом. Однако в современной Вселенной кварк-глюонную плазму нигде обнаружить не удается — за исключением, разве что, ускорителей частиц, которые на короткое время могут воспроизводить это состояние материи.

Впрочем, ученые предполагают, что кое-где эта плазма все-таки сохранилась. Скорее всего, ее следует искать в недрах нейтронных звезд — объектов, являющихся одним из конечных продуктов эволюции обычных светил, что состоят в основном, из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой корой вещества в виде тяжелых атомных ядер и электронов. Дело в том, что средняя плотность вещества таких звезд во много раз превышает плотность атомного ядра (напомню, что для тяжелых атомных ядер плотность составляет в среднем 2,8·10¹⁷ кг/м³). Из-за такого мощного сжатия, сопровождающегося к тому же еще и чудовищным разогревом, материя внутри подобного объекта существует в своеобразном состоянии.

Предполагается, что значительная часть "внутренностей" нейтронной звезды имеет вид классической кварк-глюонной плазмы, а другая часть — обычной материи, состоящей из нейтронов, электронов и других элементарных частиц. Получается, что в недрах данного объекта можно наблюдать как оба состояния материи в чистом виде, так и смешанные зоны, где есть сразу и элементарные частицы, и свободные кварки. Именно они-то и могут стать моделью, которая расскажет о том, как происходило формирования вещества в ранней Вселенной.

По мнению ученых, в некоторых слоях расположенных внутри нейтронной звезды до сих пор идет превращение одной формы материи в другую. Со стороны это должно напоминать кипение супа — действительно, как еще образно выразиться о такой ситуации, когда протоны оборачиваются нейтронами, а нейтроны, в свою очередь, превращаются в другие, менее устойчивые барионы, кварки разных типов превращаются друг в друга, соединяются при помощи глюонов в более тяжелые частицы, которые вновь распадаются и т. п. Впрочем, в физике уже утвердился неофициальный термин, характеризующий подобную фазу эволюции материи, — ее почему-то называют "ядерным спагетти".

Следует заметить, что до сих пор представление о существовании подобных "макаронных" зон внутри нейтронной звезды было чисто теоретическим — проверить, так ли это на самом деле не представлялось возможным. Однако недавно группа ученых из Университета Аликанте (Испания), которой руководит доктор Хосе Понс предложили проверить догадки экспериментально. Исследователи решили использовать для этого расчеты скорости вращения той части нейтронных звезд, которые являются пульсарами.

Как мы помним, пульсаром называют космический источник радио-, оптического, рентгеновского или гамма-излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков, которые представляют собой вращающиеся нейтронные звезды с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения. Это излучение, по сути дела, является парой лучей, исходящих от двух противоположных точек поверхности. Более того, период, с которым они доходят до земных астрономов, позволяет судить о том, с какой частотой происходит вращение самой нейтронной звезды. И вот группа Понса обратила внимание на один интересный факт — до сих пор не было найдено ни одного пульсара, вышеупомянутый период излучения которого превышал бы 12 секунд!

Исследователи составили модель, которая помогла им разгадать эту загадку. Согласно расчетам, когда внутри звезды образуются зоны, находящиеся в состоянии "ядерного спагетти", то электрическое сопротивление вещества должно резко повышаться. Это, сами понимаете, весьма затрудняет перемещение электронов внутри подобной зоны, да и вообще в недрах объекта. Из-за этой ситуации магнитное поле пульсара начинает рассеиваться значительно быстрее, чем должно теоретически.

Получается, что если при нормальном положении дел нейтронные звезды замедляют свое вращение, так как переводят свою кинетическую энергию в электромагнитное излучение, то в тот момент, когда внутри этих объектов образуется "ядерное спагетти" они не могут испускать сильные электромагнитные волны, и, следовательно, замедлиться. Именно поэтому скорость вращения любого пульсара никогда не падает ниже раза в 12 секунд. Таким образом, считают ученые, этот феномен как раз и является экспериментальным доказательством возможности существования "ядерного спагетти" в недрах нейтронных звезд.

Впрочем, сейчас исследователи собираются еще раз проверить свою гипотезу. Они хотят пересмотреть все имеющиеся данные по вращениям пульсаров и выяснить, действительно ли их период испускания излучений никогда не превышает те самые 12 секунд. И, если это так, то наличие "ядерного спагетти" внутри нейтронных звезд можно считать уже не предположением, а доказанным фактом.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"