Universumissa saattaa olla äärimmäisen tiheitä ja eksoottisia hypoteettisia kosmisia esineitä, jotka tunnetaan "outoina kvarkkitähdinä". Samalla kun astrofyysikot jatkavat keskustelua kvarkkitähtien olemassaolosta, fyysikkoryhmä on havainnut, että vuonna 2019 havaitun neutronitähtien sulautumisen jäännöksellä on täsmälleen se massa, joka tarvitaan tähdeksi.
Kun tähdet kuolevat, niiden ytimet supistuvat niin paljon, että ne muuttuvat uudentyyppisiksi esineiksi. Esimerkiksi kun aurinko lopulta sammuu, se jättää jälkeensä valkoisen kääpiön, planeetan kokoisen pallon, jossa on erittäin puristettuja hiili- ja happiatomeja. Kun vielä suuremmat tähdet räjähtävät kataklysmisissä räjähdyksissä, joita kutsutaan supernovaksi, ne jättävät jälkeensä neutronitähtiä. Nämä uskomattoman tiheät esineet ovat halkaisijaltaan vain muutaman kilometrin, mutta niiden massa voi olla useita kertoja Auringon massa. Kuten niiden nimestä voi päätellä, ne koostuvat lähes kokonaan puhtaista neutroneista, mikä tekee niistä itse asiassa kilometrien pituisia atomiytimiä.
Neutronitähdet ovat niin eksoottisia, etteivät fyysikot ole vielä täysin ymmärtäneet niitä. Vaikka voimme tarkkailla, kuinka neutronitähdet ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa, ja tehdä hyviä arvauksia siitä, mitä tälle pinnan lähellä olevalle neutroniaineelle tapahtuu, niiden ytimien koostumus on edelleen vaikeaselkoinen.
Ongelmana on, että neutronit eivät ole täysin perushiukkasia. Vaikka neutronit yhdistyvät protonien kanssa muodostaen atomiytimiä, ne koostuvat itse vielä pienemmistä hiukkasista, joita kutsutaan kvarkeiksi.
Tyyppejä on kuusi, tai aromit, kvarkit: ylös, alas, ylhäältä, alhaalta, outoa ja viehätysvoimaa. Neutroni koostuu kahdesta alas-kvarkista ja yhdestä ylös-kvarkista. Jos litistät liian monta atomia yhteen, ne muuttuvat jättimäiseksi neutronipalloksi. Joten jos puristat liian monta neutroneja yhteen, muuttuvatko ne jättimäiseksi kvarkkipalloksi?
Vastaukset vaihtelevat "ehkä" ja "se on vaikeaa". Ongelmana on, että kvarkit eivät todellakaan pidä yksin olemisesta. Vahva ydinvoima, joka sitoo kvarkeja ytimessä, itse asiassa kasvaa etäisyyden myötä. Jos yrität vetää kahta kvarkkia yhteen, voima, joka vetää niitä takaisin, kasvaa. Lopulta niiden välinen gravitaatioenergia tulee niin suureksi, että tyhjiöön ilmaantuu uusia hiukkasia, mukaan lukien uusia kvarkkeja, jotka sitoutuvat onnellisesti erottuneiden kanssa.
Jos haluttaisiin luoda makroskooppinen esine ylös- tai alas-kvarkeista, jotka muodostavat neutronin, kyseinen esine räjähtäisi hyvin nopeasti ja erittäin rajusti.
Mutta ehkä on olemassa tapa, jolla käytetään outoja kvarkeja. Omituiset kvarkit ovat itsessään melko raskaita, ja kun niiden annetaan levätä, ne hajoavat nopeasti kevyemmiksi ylös- ja alaspäin kvarkeiksi. Kuitenkin, kun suuri määrä kvarkkeja yhdistetään, fysiikka voi muuttua. Fyysikot ovat havainneet, että omituiset kvarkit voivat sitoutua ylös- ja alaspäin kvarkkien kanssa muodostaen kolmosia, jotka tunnetaan nimellä tähtiä, joka voi olla vakaa - mutta vain äärimmäisissä paineissa.
Jos puristat neutronitähteä liikaa, kaikki neutronit menettävät kykynsä tukea tähteä ja se räjähtää muodostaen mustan aukon. Mutta voi olla välivaihe, jossa paine on tarpeeksi korkea liuottamaan neutroneja ja muodostamaan outo kvarkkitähden, mutta ei tarpeeksi vahva painovoiman ottamiseksi.
Tähtitieteilijät eivät odota löytävänsä monia outoja tähtiä maailmankaikkeudesta, näiden esineiden pitäisi olla raskaampia kuin neutronitähdet, mutta kevyempiä kuin mustat aukot, ja liikkumavaraa ei ole paljon. Ja koska emme täysin ymmärrä outojen tähtien fysiikkaa, emme edes tiedä tarkkoja massoja, joilla outoja tähtiä voi esiintyä.
Mutta ryhmä tähtitieteilijöitä tarkasteli äskettäin GW190425:tä, gravitaatioaaltotapahtumaa, jonka aiheutti kahden vuonna 2019 havaitun neutronitähden yhdistyminen. Massiivisten gravitaatioaaltojen ohella neutronitähtien sulautuminen johtaa kilonovan, räjähdyksen muodostumiseen, joka on voimakkaampi kuin normaali nova mutta heikompi kuin supernova. Vaikka tähtitieteilijät eivät pystyneet havaitsemaan tämän tapahtuman sähkömagneettista signaalia, he havaitsivat samanlaisen tapahtuman vuonna 2017, joka tuotti sekä gravitaatioaaltoja että säteilyä.
Kun kaksi neutronitähteä sulautuvat yhteen, on olemassa useita vaihtoehtoja tapahtumien kehittymiselle riippuen niiden massoista, pyörimisistä ja törmäyskulmasta. Teoreettisten laskelmien mukaan neutronitähdet voivat tuhota toisiaan, muodostaa mustan aukon tai luoda hieman massiivisemman neutronitähden.
Ja uuden tutkimuksen mukaan nämä kosmiset törmäykset voivat johtaa oudon kvarkkitähden muodostumiseen.
Tiimi arvioi, että vuoden 2019 yhdistymisestä jäljelle jääneen esineen massa oli 3,11 ja 3,54 auringon massan välillä. Parhaan käsityksemme mukaan neutronitähtien rakenteesta se on liian suuri massa ja sen olisi pitänyt räjähtää mustaksi aukoksi. Mutta se kuuluu myös näiden outojen tähtien rakennemallien sallimiin massoihin.
On liian aikaista sanoa, onko 190425 GW2019 ensimmäinen havainnointimme harvinaisesta tähdestä, jossa on outo kvarkki, mutta tulevat havainnot (ja teoreettisempi työ) voivat auttaa tähtitieteilijöitä paikantamaan yhden näistä eksoottisista olennoista.
Voit auttaa Ukrainaa taistelemaan venäläisiä hyökkääjiä vastaan. Paras tapa tehdä tämä on lahjoittaa varoja Ukrainan asevoimille Pelasta elämä tai virallisen sivun kautta NBU.
Lue myös:
- Massiiviset tähdet voivat "varastaa" planeettoja
- Large Hadron Collider auttoi löytämään uuden tavan mitata kvarkkimassaa