Vo vesmíre môžu existovať extrémne husté a exotické hypotetické kozmické objekty známe ako „podivné kvarkové hviezdy“. Zatiaľ čo astrofyzici pokračujú v diskusiách o existencii kvarkových hviezd, tím fyzikov zistil, že pozostatok zlúčenia neutrónových hviezd pozorovaný v roku 2019 má presne takú hmotnosť, aby bol jeden.
Keď hviezdy umierajú, ich jadrá sa stiahnu natoľko, že sa zmenia na nové typy objektov. Napríklad, keď Slnko konečne zanikne, zanechá za sebou bieleho trpaslíka, guľu veľkosti planéty z vysoko stlačených atómov uhlíka a kyslíka. Keď ešte väčšie hviezdy explodujú v kataklizmatických výbuchoch nazývaných supernovy, zanechajú za sebou neutrónové hviezdy. Tieto neuveriteľne husté objekty majú priemer len niekoľko kilometrov, no ich hmotnosť môže byť niekoľkonásobne väčšia ako hmotnosť Slnka. Ako naznačuje ich názov, sú zložené takmer výlučne z čistých neutrónov, čo z nich robí vlastne kilometer dlhé atómové jadrá.
Neutrónové hviezdy sú také exotické, že ich fyzici ešte úplne nepochopili. Aj keď môžeme pozorovať, ako neutrónové hviezdy interagujú so svojím prostredím, a urobiť dobré odhady o tom, čo sa stane s touto neutrónovou hmotou blízko povrchu, zloženie ich jadier zostáva nepolapiteľné.
Problém je v tom, že neutróny nie sú úplne základné častice. Hoci sa spájajú s protónmi a vytvárajú atómové jadrá, samotné neutróny sa skladajú z ešte menších častíc nazývaných kvarky.
Existuje šesť druhov, príp arómy, kvarky: hore, dole, hore, dole, divné a čaro. Neutrón sa skladá z dvoch down kvarkov a jedného up kvarku. Ak spojíte príliš veľa atómov, zmenia sa na obrovskú guľu neutrónov. Takže ak stlačíte príliš veľa neutrónov, premenia sa na obrovskú guľu kvarkov?
Odpovede sa pohybujú od „možno“ po „je to ťažké“. Problém je v tom, že kvarkovia naozaj nemajú radi samotu. Silná jadrová sila, ktorá viaže kvarky v jadre, v skutočnosti rastie so vzdialenosťou. Ak sa pokúsite spojiť dva kvarky, sila, ktorá ich stiahne späť, sa zvýši. Nakoniec sa gravitačná energia medzi nimi natoľko zväčší, že sa vo vákuu objavia nové častice, vrátane nových kvarkov, ktoré sa šťastne spájajú s oddelenými.
Ak by ste chceli vytvoriť makroskopický objekt z up alebo down kvarkov, ktoré tvoria neutrón, tento objekt by explodoval veľmi rýchlo a veľmi prudko.
Ale možno existuje spôsob, ktorý používa podivné kvarky. Samotné podivné kvarky sú dosť ťažké a keď sa nechajú odpočívať, rýchlo sa rozpadajú na ľahšie up a down kvarky. Keď sa však spojí veľké množstvo kvarkov, fyzika sa môže zmeniť. Fyzici zistili, že podivné kvarky sa môžu spájať s up a down kvarkami a vytvárať triplety známe ako hviezdice, ktorý môže byť stabilný – ale len pri extrémnom tlaku.
Ak neutrónovú hviezdu príliš stlačíte, všetky neutróny stratia svoju schopnosť podporovať hviezdu a tá exploduje a vytvorí čiernu dieru. Ale môže existovať medzistupeň, keď je tlak dostatočne vysoký na to, aby rozpustil neutróny a vytvoril zvláštnu kvarkovú hviezdu, ale nie dostatočne silný na to, aby prevzala vládu gravitácia.
Astronómovia neočakávajú, že vo vesmíre nájdu veľa zvláštnych hviezd, tieto objekty by mali byť ťažšie ako neutrónové hviezdy, no ľahšie ako čierne diery a nie je tu veľa manévrovacieho priestoru. A keďže úplne nerozumieme fyzike zvláštnych hviezd, nepoznáme ani presné hmotnosti, v ktorých môžu zvláštne hviezdy existovať.
Tím astronómov sa však nedávno pozrel na GW190425, udalosť gravitačných vĺn spôsobenú zlúčením dvoch neutrónových hviezd pozorovaných v roku 2019. Spolu s obrovským množstvom gravitačných vĺn vedie zlúčenie neutrónových hviezd k vytvoreniu kilonovy, explózie, ktorá je silnejšia ako normálna nova, ale slabšia ako supernova. Aj keď astronómovia nedokázali zachytiť elektromagnetický signál z tejto udalosti, v roku 2017 pozorovali podobnú udalosť, ktorá vyvolala gravitačné vlny aj žiarenie.
Pri splynutí dvoch neutrónových hviezd existuje niekoľko možností vývoja udalostí v závislosti od ich hmotností, rotácií a uhla zrážky. Podľa teoretických výpočtov sa neutrónové hviezdy môžu navzájom zničiť, vytvoriť čiernu dieru alebo vytvoriť o niečo hmotnejšiu neutrónovú hviezdu.
A podľa novej štúdie by tieto kozmické zrážky mohli viesť k vytvoreniu zvláštnej kvarkovej hviezdy.
Tím odhadol, že hmotnosť objektu, ktorý zostal po zlúčení v roku 2019, bola niekde medzi 3,11 a 3,54 hmotnosti Slnka. Na základe nášho najlepšieho pochopenia štruktúry neutrónových hviezd je to príliš veľa hmoty a malo by explodovať do čiernej diery. Ale tiež spadá do rozsahu hmotností, ktoré umožňujú štrukturálne modely týchto zvláštnych hviezd.
Je príliš skoro povedať, či je 190425 GW2019 naším prvým pozorovaním vzácnej hviezdy s podivným kvarkom, ale budúce pozorovania (a viac teoretických prác) môžu astronómom pomôcť určiť polohu jedného z týchto exotických tvorov.
Môžete pomôcť Ukrajine v boji proti ruským útočníkom. Najlepším spôsobom, ako to urobiť, je darovať finančné prostriedky Ozbrojeným silám Ukrajiny prostredníctvom Zachrániť život alebo cez oficiálnu stránku NBU.
Prečítajte si tiež:
- Masívne hviezdy môžu „ukradnúť“ planéty
- Veľký hadrónový urýchľovač pomohol nájsť nový spôsob merania hmotnosti kvarku