Je v jadrách neutrónových hviezd exotická kvarková hmota?

Veľmi hmotné neutrónové hviezdy môžu mať rozmerné jadro tvorené hmotou zloženou z kvarkov. Vyplýva to zo štúdie publikovanej v časopise Nature Physics. Neutrónové hviezdy, ktorých zánik je výsledkom explózie supernovy, sú najmenšie a najhustejšie hviezdy vo vesmíre. Zatiaľ čo tieto objekty majú typický priemer okolo 20 kilometrov, ich priemerná hmotnosť je niekde medzi 1,4 a 2,2 hmotnosťami Slnka. Atomárna hmota vo vnútri neutrónovej hviezdy skolabuje do podoby nesmierne hustej jadrovej hmoty, v ktorej sú neutróny a protóny na seba tak natlačené, že celá hviezda môže byť považovaná za jedno obrovské jadro. Až doteraz nebolo jasné, či sa  vo vnútri jadra hmotnej neutrónovej hviezdy jadrová hmota zmrští dokonca na ešte exotickejšiu látku – na tzv. kvarkovú hmotu.

„Potvrdenie existencie kvarkového jadra vo vnútri neutrónovej hviezdy bolo jedným z najdôležitejších cieľov fyziky neutrónových hviezd už od času zhruba pred 40 rokmi,“ hovorí hlavný autor štúdie Aleksi Vuorinen, vedecký pracovník na katedre fyziky Helsinskej univerzity (Fínsko). Na základe veľkorozmerových počítačových simulácií uskutočnených na superpočítačoch vedci neboli schopní rozhodnúť o osude nukleárnej hmoty vnútri neutrónových hviezd. Aleksi Vuorinen so svojimi spolupracovníkmi preto navrhol nový postup na vyriešenie tohto problému. Vedci si uvedomili, že kombináciou nedávnych objavov na základe teoretickej a jadrovej fyziky spoločne s astrofyzikálnymi meraniami by mohlo byť možné odvodiť vlastnosti a identitu hmoty nachádzajúcej sa vo vnútri neutrónových hviezd. Zistili, že hmota vo vnútri jadra najhmotnejších stabilných neutrónových hviezd prináša oveľa bližšiu podobnosť s kvarkovou hmotou než bežná jadrová hmota. Z ich výpočtov vyplýva, že v týchto hviezdach priemer jadra identifikovaný ako kvarková hmota môže prevyšovať až polovicu priemeru celej neutrónovej hviezdy.

Avšak ešte máme veľa nejasností pridružených k presnej štruktúre neutrónových hviezd. „Stále ešte existuje malá, avšak nenulová šanca, že všetky neutrónové hviezdy sú zložené výhradne z jadrovej hmoty,“ hovorí Aleksi Vuorinen. „Čo sme schopní urobiť, je kvantifikovať, čo by tento scenár vyžadoval. Stručne povedané, správanie hustej jadrovej hmoty by potom vyžadovalo, aby bolo naozaj špecifické. Napríklad rýchlosť zvuku by musela dosahovať takmer rýchlosť svetla,“ dodáva Aleksi Vuorinen.

Publikované v časopise QUARK 12/2020, RNDr. Zdeněk  Komárek

Zdroj obrázka: https://www.quantamagazine.org