На порозі відкриття екзотичної фізики: у космосі виявлено об'єкти, що порушують правила

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Nature Astronomy, виявили, що 3 нейтронні зірки охололи напрочуд дуже швидко. Це відкриття наближає астрофізиків до розуміння екзотичної природи матерії в ядрах цих екстремальних об'єктів. Для того, щоб зробити відкриття вчені використовували рентгенівські космічні телескопи, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Нейтронні зірки — що це?

Нейтронна зірка являє собою стиснуте під впливом гравітації ядро масивної зірки, яка вибухнула надновою. Такий об'єкт поступається за щільністю матерії тільки чорним дірам. Розмір нейтронної зірки в середньому становить лише 11 км, але вона має масу, яка в 3 рази більша, ніж у Сонця. Але фізика, яка керує екстремальною матерією в надрах нейтронних зірок, залишається незрозумілою.

Вважається, що ці об'єкти складаються майже повністю тільки з нейтронів. Але в ядрі нейтронної зірки матерія може стиснутися так сильно, що це призведе до утворення екзотичних невідомих частинок, таких як гіпотетичні гіперони. А можливо, нейтрони розпадаються таким чином, що створюють суміш із найфундаментальніших частинок Всесвіту, тобто кварків.

Рівняння стану нейтронної зірки

Те, що відбувається всередині нейтронної зірки, визначається її рівнянням стану. Воно визначає внутрішню структуру і склад нейтронної зірки на основі таких факторів, як маса, температура, магнітне поле тощо. Проблема в тому, що у вчених є буквально сотні варіантів того, яким може бути це рівняння стану. Оскільки не можна створити на Землі умови внутрішньої частини нейтронної зірки, перевірка того, який варіант є правильним, залежить від зіставлення цих варіантів із тим, що показують астрономічні спостереження.

Із трьох виявлених нейтронних зірок, дві є пульсарами (нейтронна зірка зі швидким обертанням), які випускають радіовипромінювання. Третя зірка може бути пульсаром.

Занадто холодні зірки, що порушують правила

Чим гарячіша нейтронна зірка, тим вищу енергію несе її рентгенівське випромінювання. Але енергія випромінювання трьох нейтронних зірок показує, що вони занадто холодні як для собі подібних. Для розуміння того, що таке холодна нейтронна зірка, потрібно знати, що їхня температура все одно дуже висока. За оцінками вчених, вона перебуває в межах від 1,9 до 4,6 млн градусів Цельсія. Але незважаючи на свій вік, який становить від 840 до 7700 років, ці зірки дуже холодні.

Нейтронні зірки при народженні мають температуру в сотні мільярдів і навіть трильйони градусів Цельсія, а потім вони охолоджуються. Хоча виявлені зірки й охололи, все одно їхня температура щонайменше у 2 рази нижча, ніж у нейтронних зірок аналогічного віку.

Зниження температури нейтронних зірок може відбуватися двома способами: за допомогою теплового випромінювання і нейтринного випромінювання. Автори вважають, що останнє є причиною занадто швидкого охолодження трійці нейтронних зірок.

Але те, наскільки швидко нейтронні зірки можуть охолоджуватися внаслідок цих механізмів, залежить від рівняння стану. Оскільки посилене охолодження може бути активоване тільки певними рівняннями стану, це дало змогу виключити більшість варіантів рівняння стану нейтронної зірки.

На шляху до екзотичної фізики

Результати дослідження звузили діапазон можливих рівнянь стану, але вони стосуються більшого, ніж просто характеристики нейтронних зірок. Поведінка матерії в субатомних масштабах під сильним тиском, екстремальною температурою і нищівною гравітацією також призводить до квантових ефектів. Наразі у вчених немає квантової теорії гравітації, і тому рівняння стану нейтронних зірок може призвести до об'єднання квантових ефектів і фізики гравітації в єдину теорію.

Як уже писав Фокус, астрономи виявили три планети, схожі на Землю, біля близької зірки. Одна з планет розташована в зоні населеності зірки, де вода може існувати в рідкому вигляді.

Також Фокус писав про те, що згідно з іще одним дослідженням, такі невловимі частинки, як нейтрино, можуть провокувати появу найважчих хімічних елементів.