Ve vesmíru mohou existovat extrémně husté a exotické hypotetické kosmické objekty známé jako "podivné kvarkové hvězdy". Zatímco astrofyzici pokračují v debatě o existenci kvarkových hvězd, tým fyziků zjistil, že pozůstatek sloučení neutronové hvězdy pozorovaný v roce 2019 má přesně takovou hmotnost, aby byl jeden.
Když hvězdy zemřou, jejich jádra se natolik smrští, že se změní v nové typy objektů. Například, když Slunce konečně vyhasne, zanechá za sebou bílého trpaslíka, kouli o velikosti planety s vysoce stlačenými atomy uhlíku a kyslíku. Když ještě větší hvězdy explodují v kataklyzmatických explozích zvaných supernovy, zanechávají za sebou neutronové hvězdy. Tyto neuvěřitelně husté objekty mají průměr jen několik kilometrů, ale jejich hmotnost může být několikrát větší než hmotnost Slunce. Jak jejich název napovídá, jsou složeny téměř výhradně z čistých neutronů, což z nich dělá vlastně kilometr dlouhá atomová jádra.
Neutronové hvězdy jsou tak exotické, že jim fyzici ještě úplně nerozumí. I když můžeme pozorovat, jak neutronové hvězdy interagují se svým prostředím, a udělat dobré odhady o tom, co se stane s touto neutronovou hmotou blízko povrchu, složení jejich jader zůstává nepolapitelné.
Problém je, že neutrony nejsou úplně základní částice. Přestože se spojují s protony za vzniku atomových jader, samotné neutrony se skládají z ještě menších částic zvaných kvarky.
Existuje šest druhů, popř aromata, kvarky: nahoru, dolů, nahoře, dole, divné a kouzlo. Neutron se skládá ze dvou down kvarků a jednoho up kvarku. Pokud zploštíte příliš mnoho atomů dohromady, promění se v obří kouli neutronů. Pokud tedy stlačíte příliš mnoho neutronů dohromady, promění se v obří kouli kvarků?
Odpovědi se pohybují od „možná“ po „je to těžké“. Problém je v tom, že kvarkové jsou opravdu neradi sami. Silná jaderná síla, která váže kvarky v jádře, ve skutečnosti roste se vzdáleností. Pokud se pokusíte stáhnout dva kvarky k sobě, síla, která je přitáhne zpět, se zvýší. Nakonec gravitační energie mezi nimi naroste natolik, že se ve vakuu objeví nové částice, včetně nových kvarků, které se šťastně spojí s těmi oddělenými.
Pokud byste chtěli vytvořit makroskopický objekt z up nebo down kvarků, které tvoří neutron, tento objekt by explodoval velmi rychle a velmi prudce.
Ale možná existuje způsob, který používá podivné kvarky. Samy o sobě jsou podivné kvarky poměrně těžké, a když se nechají odpočívat, rychle se rozpadají na lehčí up a down kvarky. Když se však spojí velké množství kvarků, může se fyzika změnit. Fyzici zjistili, že podivné kvarky se mohou vázat s up a down kvarky za vzniku tripletů známých jako hvězdičky, který může být stabilní – ale pouze pod extrémním tlakem.
Pokud neutronovou hvězdu příliš stlačíte, všechny neutrony ztratí svou schopnost podporovat hvězdu a ta exploduje a vytvoří černou díru. Může však existovat mezistupeň, kdy je tlak dostatečně vysoký na to, aby rozpustil neutrony a vytvořil zvláštní kvarkovou hvězdu, ale není dostatečně silný, aby převzala vládu gravitace.
Astronomové neočekávají, že by ve vesmíru našli mnoho podivných hvězd, tyto objekty by měly být těžší než neutronové hvězdy, ale lehčí než černé díry, a není zde mnoho prostoru pro manévrování. A protože úplně nerozumíme fyzice podivných hvězd, neznáme ani přesné hmotnosti, ve kterých mohou podivné hvězdy existovat.
Ale tým astronomů se nedávno podíval na GW190425, událost gravitačních vln způsobenou sloučením dvou neutronových hvězd pozorovaných v roce 2019. Spolu s masivním množstvím gravitačních vln má sloučení neutronových hvězd za následek vznik kilonovy, exploze, která je silnější než normální nova, ale slabší než supernova. Přestože astronomové nebyli schopni detekovat elektromagnetický signál z této události, v roce 2017 pozorovali podobnou událost, která produkovala jak gravitační vlny, tak záření.
Když se dvě neutronové hvězdy spojí, existuje několik možností pro vývoj událostí v závislosti na jejich hmotnostech, rotacích a úhlu srážky. Podle teoretických výpočtů se neutronové hvězdy mohou navzájem zničit, vytvořit černou díru nebo vytvořit o něco hmotnější neutronovou hvězdu.
A podle nové studie by tyto kosmické srážky mohly vést ke vzniku podivné kvarkové hvězdy.
Tým odhadl, že hmotnost objektu, který zbyl po sloučení v roce 2019, byla někde mezi 3,11 a 3,54 hmotností Slunce. Na základě našeho nejlepšího pochopení struktury neutronových hvězd je to příliš velká hmota a měla explodovat do černé díry. Ale také spadá do rozsahu hmotností, které umožňují strukturální modely těchto podivných hvězd.
Je příliš brzy na to říci, zda je 190425 GW2019 naším prvním pozorováním vzácné hvězdy s podivným kvarkem, ale budoucí pozorování (a další teoretická práce) mohou astronomům pomoci určit polohu jednoho z těchto exotických tvorů.
Můžete pomoci Ukrajině v boji proti ruským vetřelcům. Nejlepším způsobem, jak toho dosáhnout, je darovat finanční prostředky ozbrojeným silám Ukrajiny prostřednictvím Zachraňte život nebo přes oficiální stránku NBÚ.
Přečtěte si také:
- Masivní hvězdy mohou „ukrást“ planety
- Velký hadronový urychlovač pomohl najít nový způsob měření hmotnosti kvarků