Астрономія
Астрономія

Астрономи зафіксували вісім кандидатів у карлики з дивною кварковою матерією

Астрономи проаналізували співвідношення маси та радіусу відомих білих карликів та виділили серед них вісім кандидатів у зірки з дивної кваркової матерії. Порівняно з іншими білими карликами подібної маси, радіус цих об’єктів очевидно менший. Препринт статті доступний на сайті arXiv.org.

Що таке дивна кваркова матерія?

Кварки — це елементарні частинки, з яких складаються протони і нейтрони атомів. Існує шість різновидів кварків. Звичайна матерія містить лише верхні (u-кварки) та нижні (d-кварки). Інші типи кварків на Землі можна спостерігати тільки у прискорювачах заряджених частинок. Зв’язок між кварками дуже сильний, але вчені припускають, що всередині деяких нейтронних зірок вони можуть існувати у вільному, не зв’язаному стані та утворювати кваркову матерію. Такі гіпотетичні об’єкти називаються кварковими зірками.

Втім, імовірно, існують і більш екзотичні стани речовини, такі як дивна кваркова матерія, що складається з приблизно рівної кількості u-кварків, d-кварків та s-кварків, або дивних кварків. Ця форма матерії може існувати в ядрі компактних зірок. Гіпотеза припускає цілий ряд відповідних об’єктів, від дивних зірок з масами, подібними до маси нейтронних зірок, до дивних карликів — зоряних об’єктів, що складаються з невеликого ядра дивної кваркової матерії та товстої кірки нормальної матерії. Таким чином, об'єкти, що містять всередині дивну кваркову матерію, мають багато спільних рис зі звичайними компактними об'єктами, як-от білі карлики. Відрізнити їх одне від одного важко, але вчені припускають, що вони можуть мати різні співвідношення радіусу та маси, швидкості охолодження, максимальні маси, створювати гравітаційні хвилі при перемыщенні чи злитті тощо.

Зліва зображена нейтронна зірка, справа — дивна зірка. CXC/M. Weiss

Зліва зображена нейтронна зірка, справа — дивна зірка. CXC/M. Weiss

Яке дослідження провели астрономи?

Дослідники спробували відшукати кандидатів у дивні кваркові карлики серед відомих білих карликів. Відбір кандидатів проводився шляхом порівняння маси та радіусу цих об’єктів. У результаті вчені встановили, що вісім з цих зірок мають масу від 0,02 до 0,12 сонячних мас, а їхній радіус становить від 9 до 15 тисяч кілометрів. Маса ядер дивної кваркової матерії у цих кандидатах коливається в межах від однієї сотої до однієї десятитисячної частини від маси Сонця.

Як могли утворитися такі об’єкти?

Згідно з теорією Великого вибуху, Всесвіт на ранніх етапах своєї історії був заповненим кварками. У той час могла утворитися велика кількість згустків дивної кваркової матерії, що збереглася і дотепер. Такі згустки можуть бути захоплені маленькими зірками головної послідовності, потрапити всередину такої зірки і перетворити нормальну речовину на дивну кваркову матерію. За іншим сценарієм, такі події, як наднові, злиття двох компактних зірок чи фазовий перехід масивної нейтронної зірки можуть бути відповідальними за утворення дивної кваркової матерії і викидати її під час цих процесів. Невеликі згустки дивної матерії називаються стрейнджлетами. Стрейнджлети можуть забруднювати коричневих карликів та зірки головної послідовності низької маси і перетворювати їх на дивні карлики. Нарешті, сама новонароджена дивна зірка досить гаряча і сильно турбулентна. Вона так само може безпосередньо викидати велику кількість дивної матерії. Тоді її скупчення можуть накопичуватися та еволюціонувати у дивну зірку.