Gwiazdy neutronowe i materia kwarkowa
Materia kwarkowa – ekstremalnie gęsta faza materii złożona z subatomowych cząsteczek, zwanych kwarkami – może istnieć we wnętrzach gwiazd neutronowych. Może być także na krótką chwilę stworzona w ziemskich laboratoriach, takich jak np. Wielki Zderzacz Hadronów w CERN. Zbiorcze zachowanie materii jednak nie jest tak łatwe do opisania. Podczas wykładu, który odbył się w minionym tygodniu w CERN, Aleksi Kurkela z Uniwersytetu Stavanger w Norwegii wyjaśnił, w jaki sposób dane o gwiazdach neutronowych pozwoliły jemu i jego współpracownikom nałożyć ciasne ograniczenia na zachowanie materii w tej ekstremalnej formie.
Kurkela i współpracownicy wykorzystali właściwość gwiazdy neutronowej wyprowadzonej na podstawie pierwszej obserwacji z LIGO i Virgo, które wykryły fale grawitacyjne emitowane w momencie połączenia się dwóch gwiazd neutronowych. Właściwość ta opisuje sztywność gwiazdy w reakcji na naprężenia spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym gwiazdy towarzysza.
Do zbiorczego opisania materii kwarkowej fizycy na ogół stosują równania stanu, które odnoszą ciśnienie stanu materii do innych właściwości stanu. Ale muszą jeszcze wymyślić unikalne równanie stanu dla materii kwarkowej. Na razie udało im się jedynie wprowadzić rodziny takich równań. Wprowadzając wartości pływowe odkształcalności gwiazd neutronowych obserwowanych przez LIGO i Virgo w pochodną rodzin równań stanu dla materii kwarkowej gwiazdy neutronowej, Kurkela i jego współpracownicy mogli znacząco zmniejszyć rozmiar rodziny równań. Taka zmniejszona rodzina zapewnia bardziej rygorystyczne ograniczenia zbiorowych właściwości materii kwarkowej oraz bardziej ogólnie na materię jądrową o wysokich gęstościach, niż były wcześniej dostępne.
Mając takie wyniki, naukowcy odwrócili problem i wykorzystali ograniczenia kwark-materia, aby wywnioskować właściwości gwiazd neutronowych. Wykorzystując to podejście, zespół otrzymał związek między promieniem i masą gwiazdy neutronowej i odkrył, że maksymalny promień gwiazdy o masie 1,2 masy Słońca powinien wynosić około 10 do 14 km.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
