ნეიტრონულ ვარსკვლავებში ახალი, ეგზოტიკური ტიპის მატერია აღმოაჩინეს
ნეიტრონულ ვარსკვლავებში ახალი, ეგზოტიკური ტიპის მატერია აღმოაჩინეს

ნეიტრონული ვარსკვლავები სულ უფრო სწრაფად მიიწევს სამყაროს ყველაზე საუცხოო ობიექტთა სიის სათავეში. ჯერ იყო და მიაგნეს ნიშნებს მათ ქერქს ქვეშ არსებული „ბირთვული პასტის“ შესახებ. ახლა კი უკვე გვაქვს სრულიად ახალი მტკიცებულება, რომ ყველაზე მასიურ ნეიტრონულ ვარსკვლავთა ბირთვები შედგება სუბატომური ნაწილაკების, სახელად კვარკების ეგზოტიკური „სუპისგან“.

2017 წელს, ისტორიაში პირველად დაფიქსირებული ნეიტრონული ვარსკვლავების შეჯახების შედეგად წარმოქმნილ გრავიტაციული ტალღებისა და ყველაზე მასიური ნეიტრონული ვარსკვლავების დაკვირვებათა მონაცემებს ფიზიკოსებმა ახალი გაანგარიშებები ჩაუტარეს. მიღებული დასკვნა ამაღელვებელ შედეგზე მიუთითებს — ყველაზე მასიურ ნეიტრონულ ვარსკვლავთა ბირთვები იმდენად მკვრივია, რომ ატომის ბირთვი არსებობას წყვეტს და კვარკულ მატერიად გარდაიქმნება.

მკვლევართა განცხადებით, ეს გახლავთ გარდამტეხი ეტაპი ამ უკიდურესად ექსტრემალურ ობიექტთა უცნაური შიდა სტრუქტურის გარკვევაში.

„ნეიტრონულ ვარსკვლავებში კვარკული ბირთვების არსებობის დადასტურება ნეიტრონულ ვარსკვლავთა ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიზანია მას შემდეგ, რაც ეს მოსაზრება პირველად გაჩნდა დაახლოებით 40 წლის წინ“, — ამბობს ჰელსინკის უნივერსიტეტისა და ჰელსინკის ფიზიკის ინსტიტუტის ფიზიკოსი ალექსი ვუორინენი.

ნეიტრონული ვარსკვლავები წარმოუდგენლად უცნაურია. სინამდვილეში იმ მკვდარ, მასიურ ვარსკვლავთა კოლაფსირებული ნარჩენებია, რომელთა მასაც სიცოცხლეში 8-30 მზის მასებს შორის მერყეობდა. როდესაც ეს ვარაკვლავები სუპერნოვად ფეთქდებიან, მათი მასის უდიდესი ნაწილი კოსმოსში იტყორცნება, დარჩენილი ბირთვი კოლაფსირდება და წარმოქმნის უკიდურესად მკვრივ ობიექტს.

ნეიტრონულ ვარსკვლავთა მასა შეიძლება მერყეობდეს 1,1 – 2,3 მზის მასებს შორის; მთელი ეს მასა კი თავს იყრის 10-20 კმ დიამეტრის მქონე პატარა სფეროში. ხუთი მოზრდილი ნეიტრონული ვარსკვლავი, რომელთაგან თითოეულის მასა მზისას აღემატება, თავისუფლად მოთავსდებოდა ბრიტანეთში ადრიანეს კედლის გასწვრივ, თანაც, ადგილიც დარჩებოდა.

ბირთვის დამანგრეველი სუპერნოვას აფეთქებისას, ობიექტის შემადგენელი ატომების პროტონები და ელექტრონები ნეიტრონებად და ნეიტრინოებად კომპრესირდება. ნეიტრინოები გარბიან და ნეიტრონებს იმდენად მაღალი წნევის გარემოში ტოვებენ, რომ ისინი ერთმანეთს ერწყმიან და წარმოქმნიან ნეიტრონულ ვარსკვლავს, როგორც ერთ დიდ ბირთვს, რომლის სიმკვრივეც ქერქის ძირში, წყლის სიმკვრივეზე 100 ტრილიონჯერ მეტია. (ეს წარმოქმნის „ბირთვული პასტის“ სტრუქტურებს).

მკვლევართა ვარაუდით, სიმკვრივე სიღრმეში უფრო იზრდება და სწორედ ამიტომ გაჩნდა კვარკული მატერიის იდეა. კვარკები სუბატომური ფუნდამენტური ნაწილაკებია, რომელთა გაერთიანების შედეგადაც წარმოიქმნება ისეთი კომპოზიტური ნაწილაკები, როგორებიცაა პროტონები და ნეიტრონები.

უკვე რამდენიმე ათწლეულია, ასტრონომები ვარაუდობენ, რომ მაღალი სიცხესა და სიმკვრივეში, ნეიტრონები მათ შემადგენელ კვარკებამდე ირღვევა და წარმოქმნიან ერთგვარი სახის კვარკულ „სუპს“.

ურთულესია იმის გარკვევა, რა არის ნეიტრონული ვარსკვლავის შიგნით. ამიტომ, 2017 წლის აგვისტოში დაფიქსირებული ორი ნეიტრონული ვარსკვლავის შეჯახება ძალიან ამაღელვებელი იყო ასტრონომებისთვის, რადგან ამის საშუალებით შესაძლებელი იყო ძალიან ბევრი რამის გარკვევა მათი შიდა სტრუქტურის შესახებ.

ვუორინენმა და მისმა ჯგუფმა ურთულესი გამოთვლების ჩასატარებლად გამოიყენა გრავიტაციული ტალღის სიგნალი და ახალი თეორიული და ნაწილაკების ფიზიკის შედეგები. დადგინდა, რომ სულ მცირე ორი მზის მასის ნეიტრონულ ვარსკვლავებს აღენიშნებათ მახასიათებლები, რომლებიც მიუთითებს ნეიტრონული ვარსკვლავის მთლიანი დიამეტრის ნახევარზე გადაჭიმულ კვარკული მატერიის ბირთვზე.

შეეგები საბოლოო არ არის, მაგრამ როგორც კალკულაციები მიუთითებს, თუ ამ ვარსკვლავთა ბირთვები კვარკული მატერიისგან არ შედგება, იქ რაღაც მართლაც საუცხოო უნდა ხდებოდეს.

„არსებობს მცირე, მაგრამ ნულზე მეტი შანსი იმისა, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავები მხოლოდ ბირთვული მატერიისგან შედგება“, — განმარტავს ვუორინენი.

მისი თქმით, მათ შეძლეს იმის რაოდენობრივი შეფასება, თუ რას მოითხოვს ეს სცენარი. მოკლედ რომ ვთქვათ, ამ შემთხვევაში, მკვრივი ბირთვული მატერიის ქცევა მართლაც ნამდვილად უჩვეულო უნდა იყოს. მაგალითად, ბგერის სიჩქარე თითქმის სინათლის სიჩქარეს უნდა აღწევდეს.

ნეიტრონულ ვარსვლავებში კვარკული მატერიის აღმოჩენა მრავალმხრივ არის გასაოცარი. თუნდაც იმიტომ, რომ ის შეიძლება სამყაროს ძალიან ადრეული მომენტების დაზუსტებაში დაგვეხმაროს.

კოსმოლოგების აზრით, დიდი აფეთქებიდან რამდენიმე მიკროწამის განმავლობაში, რომელსაც კვარკულ ეპოქას უწოდებენ, სამყარო სავსე იყო კვარკ-გლუონური პლაზმის ცხელი სუპით, რომლებიც სწრაფად შეერთდა ჰადრონებად.

დღეისათვის, კვარკული მატერია წამიერად შეიძლება ვიპოვოთ მხოლოდ ნაწილაკთა შეჯახების ექსპრიმენტებში; მაგრამ ირკვევა, რომ ამ მატერიით შეიძლება ავსებული იყოს ზოგიერთი ნეიტრონული ვარსკვლავიც. თუ შევძლებთ ნეიტრონული ვარსკვლავის იმ გარემოს დახასიათებას, რომელშიც კვარკული მატერია წარმოიქმნება, უკეთესად შევისწავლით კვარკულ ეპოქასაც.

2017 წლის შემდეგ, LIGO-Virgo-ს ობსერვატორიებმა ნეიტრონულ ვარსკვლავთა შერწყმის მეორე შემთხვევაც დააფიქსირეს და კიდევ უფრო მეტი ასეთი მოვლენის აღმოჩენა მხოლოდ დროის საკითხია. უფრო ბევრი შერწყმის მონაცემების ანალიზი ჯგუფს აღმოჩენის დაზუსტებაში დაეხმარება.

„გვჯერა, რომ გრავიტაციული ტალღების ასტროფიზიკის ოქროს ხანა ახლა იწყება და სულ მალე, ბუნების შესახებ კიდევ არაერთ ასეთ საოცრებას შევიტყობთ“, — ამბობს კვლევის ავტორი, ჰელსინკის უნივერსიტეტისა და ჰელსინკის ფიზიკის ინსტიტუტის ფიზიკოსი ალექსი ვუორინენი.

კვლევა ჟურნალ Nature Physics-ში გამოქვეყნდა.

მომზადებულია helsinki.fi-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.

დატოვე კომენტარი