Labai keisti kūnai. Šios žvaigždės nepanašios į nieką, ką jūs kada nors matėte

Mūsų visata gali būti užpildyta labai neįprastais objektais, vadinamomis kvarkų žvaigždėmis. Jos panašios į paprastas neutronines žvaigždes, bet tuo pačiu ir skiriasi nuo jų. Kol kas mokslininkai tokių hipotetinių žvaigždžių neaptiko, tačiau tai nereiškia, kad jų nėra. Jei jos bus atrastos ir ištirtos, tai gali lemti visiškai naujos fizikos atradimą. Kosmologas Paulas Sutteris iš Stony Brook universiteto (Niujorkas, JAV) žurnalui „Popular Mechanics“ papasakojo apie kvarkų žvaigždes.

Neutroninės žvaigždės

Astrofizikai gerai žino, kaip atsiranda neutroninės žvaigždės. Tam reikia, kad žvaigždė, būtų bent 8-10 kartų būtų didesnė už Saulę, savo gyvavimo pabaigoje pradėtų trauktis veikiama savo gravitacijos. Tuo pačiu metu plazma labai greitai suspaudžiama, elektronai prasiskverbia į protonus ir paverčia juos neutronais. Jei slėgis per didelis, atsiras juodoji skylė, bet jei ji tinkama neutroninei žvaigždei susidaryti, tai dalis plazmos išskris į kosmosą dėl supernovos sprogimo. Dėl to liks nedidelis kažkada buvusios didžiulės žvaigždės likutis, kurio skersmuo sieks 20 km. Tai neutroninė žvaigždė.

Tuo pačiu metu šio mažo objekto, vieno tankiausių objektų visatoje, masė yra kelis kartus didesnė už Saulės masę. Tuo pačiu metu neutroninės žvaigždės tiesiog turi didžiulę gravitaciją. Neutroninės žvaigždės beveik vien susideda iš neutronų, kurie suspausti taip stipriai, kad šių žvaigždžių tankis viršija atomo branduolio tankį. Protonai ir elektronai taip pat plūduriuoja neutroninių žvaigždžių viduje.

Kvarkai

Neutronai susideda iš mažesnių dalelių, vadinamų kvarkais. Iš viso yra šeši kvarkų tipai: kylantysis (up), krentantis (down), žavusis (charm), gelminis (bottom), viršūninis (top) ir keistasis (strange). Lengviausi ir dažniausiai pasitaikantys kvarkai yra kylantieji ir krentantys kvarkai. Du kylantieji kvarkai ir vienas krentantysis kvarkas formuoja protonus, o du krentantys kvarkai ir vienas kylantysis kvarkas – neutronus.

Slėgis neutroninių žvaigždžių šerdyje yra toks stiprus, kad neutronai tiesiog ištirpsta. Tai leidžia kylantiems ir krentantiems kvarkams laisvai judėti, tačiau ši konfigūracija nėra stabili. Vietoj to, jie greitai virsta keistaisiais kvarkais, kurie yra stabilesni.

Mokslininkai dar nežino, ar neutroninės žvaigždės turi šerdį, susidedančią iš keistųjų kvarkų, nes neutroninių žvaigždžių fizika yra tokia sudėtinga, kad nėra galimybės pažvelgti į šių žvaigždžių vidų.

Teoriškai kosmose gali būti situacija, kai egzistuojanti didžiulė žvaigždė yra per didelė, kad sukurtų neutroninę žvaigždę, ir per maža, kad sukurtų juodąją skylę. Ar gali būti viduriukas? Pačios neutroninės žvaigždės laikui bėgant taip pat virsta juodosiomis skylėmis.

Kvarkų žvaigždės

Tačiau mes visiškai nesuprantame keistųjų kvarkų fizikos esant dideliam tankiui. Galbūt jie gali užtikrinti tokių objektų, kaip kvarkų žvaigždės, stabilumą. Tokios keistos žvaigždės, sudarytos beveik vien iš laisvai plaukiančių keistųjų kvarkų, atrodytų kaip įprastos neutroninės žvaigždės. Bet jos bus mažesnės, jų masė bus didesnė, taip pat ir temperatūra. Taigi galima daryti prielaidą, kad daugelis neutroninių žvaigždžių, kurių charakteristikos šiek tiek skiriasi, iš tikrųjų yra gerai užmaskuotos kvarkų žvaigždės.

Nors astrofizikai moka jas atskirti. Abiejų tipų žvaigždės greitai sukasi ir skleidžia stiprią spinduliuotę. Tokios žvaigždės sudėtis, t. y. neutroninė medžiaga arba kvarkinė medžiaga, gali pakeisti spinduliuotės ženklą ir taip atskleisti tikrąją objekto prigimtį.

Kvarkų žvaigždes taip pat galima aptikti tiriant susidūrimus tarp žvaigždžių. Kartais dvinarėse žvaigždžių sistemose atsiranda neutroninės žvaigždės ir galiausiai abi žvaigždės susiduria viena su kita. Dėl to įvyksta galingas sprogimas. Iki šiol mokslininkai aptiko per mažai tokių sprogimų, kad nustatytų, kurios žvaigždės susidūrė – neutronų ar kvarkų.

„Astronomai vis dar ieško kvarkų žvaigždžių. Viena iš pagrindinių kliūčių paieškai yra ta, kad mes dar iki galo nesuprantame, kaip jos elgsis. Mūsų žinių dar nepakanka. Tačiau šios kvarkų žvaigždės atstovauja ekstremaliausiai materijos formai už juodosios skylės ribų, todėl jų aptikimas atveria kelią į naują fiziką“, – sako Sutteris.