Môže objasniť záhadu vzniku vesmíru. Vo vnútri neutrónových hviezd objavili exotickú hmotu

Neutrónové hviezdy patria medzi najzáhadnejšie objekty vo vesmíre. Sú neuveriteľne hmotné, ale aj neuveriteľne záhadné. Fyzici teraz majú dôkazy o tom, že jadrá najmasívnejších neutrónových hviezd sú tvorené exotickým druhom hmoty.

Fyzici vytvorili nové výpočty s použitím údajov z gravitačných vĺn, ktoré boli prvýkrát zistené pri zrážke s neutrónovými hviezdami v roku 2017, ako o tom informuje Science Alert. Pri tom vykonali pozorovanie masívnych neutrónových hviezd. Ich súčasné závery prichádzajú so vzrušujúcim výsledkom. Vnútro najmasívnejších neutrónových hviezd je tak husté, že atómové jadrá tam prestavajú existovať a kondenzujú na kvarkovú hmotu.

Kvarky v jadre neutrónovej hviezdy

Vedci v štúdii uverejnenej v Nature tvrdia, že je to dôležitý míľnik v porozumení podivného vnútra týchto extrémnych objektov.

„Potvrdenie kvarkových jadier vo vnútri neutrónových hviezd bolo jedným z najdôležitejších cieľov fyziky od začiatku ich pozorovania, zhruba pred 40 rokmi,“ uviedol teoretický fyzik Aleksi Vuorinen z Helsinskej univerzity a Helsinského inštitútu fyziky.

Neutrónové hviezdy sú neskutočne zvláštne. Sú to zrútené zvyšky hmotných hviezd veľkých približne 8- až 30-násobne viac ako naše Slnko, ktoré sa po vyhorení paliva stali supernovami. Následne sa väčšina ich hmoty vystrelí do vesmíru a zostane jadro, ktoré sa zrúti do seba.

Vytvorí sa tak neuveriteľne ťažký predmet. Ich hmota je na úrovni jedného až dvoch našich Sĺnk, avšak je zhustená do malej gule s priemerom približne 10 až 20 kilometrov.

Keď dôjde k tomuto zrúteniu, protóny a elektróny v atómoch sú komprimované do neutrónov a neutrín. Neutrína následne unikajú a nechávajú neutróny v takých podmienkach s vysokým tlakom, že sa navzájom spájajú, čím sa vytvorí neutrónová hviezda s hustotou vo vnútri 100-biliónkrát väčšou ako na povrchu.

Vytvárajú kvarkovú polievku

Na základe toho vznikol predpoklad, že jadro neutrónovej hviezdy je tvorené kvarkmi. Kvarky sú subatomárne častice, ktoré sa kombinujú a vytvárajú protóny a neutróny.

Už niekoľko desaťročí sa predpokladá, že za pôsobenia dostatočne veľkého tepla a hustoty sa neutróny rozkladajú ešte ďalej na svoje konštatné kvarky čím sa vytvára druh akejsi „kvarkovej polievky“, odborne nazvanej kvark-gluónová plazma.

Je ale mimoriadne náročné zistiť, čo je naozaj vo vnútri neutrónových hviezd. Kolízia neutrónových hviezd z roku 2017 bola pre astronómov v tomto ohľade veľmi vzrušujúca, keďže pozorovali, ako sa obe hviezdy navzájom deformovali a odhaľovali tak informácie o ich vnútornej štruktúre.

Vuorinen a jeho tím použili signál gravitačných vĺn a spolu s novými výsledkami teoretickej a časticovej fyziky vytvoril svoj výpočet. Na základe nich zistil, že neutrónové hviezdy, ktoré majú hmotnosť naších dvoch Sĺnk vykazujú charakteristiky naznačujúce prítomnosť obrovského jadra kvarkovej hmoty, ktorá zaberá viac ako polovicu celého priemeru neutrónovej hviezdy.

„Stále však existuje malá, ale nenulová šanca, že všetky neutrónové hviezdy sú zložené len z jadrovej hmoty,“ vysvetlil Vuorinen.

Objasnenie vzniku vesmíru

Objav kvarkovej hmoty vo vnútri neutrónových hviezd by sám o sebe nebol až tak zaujímavý. Tento objav nám však môže odhaliť tajomstvo vzniku vesmíru. Kozmológovia sa totiž domnievajú, že na niekoľko milisekúnd po Veľkom tresku nastala kvarková epocha a vesmír bol plný kvark-gluónovej plazmy, ktorá sa následne zhlukovala do hadrónov.

Pri súčasných experimentoch môžeme pri zrážaní častíc pozorovať kvarkovú hmotu iba na veľmi krátku dobu. Ak ale dokážeme charakterizovať podmienky neutrónovej hviezdy, to nám môže pomôcť pochopiť kvarkovu epochu a tým pádom aj vznik nášho vesmíru.

Pozri aj:

Nový generátor NASA vám ukáže, aká unikátna fotografia vesmíru vznikla v deň vášho narodenia