რამხელაა ნეიტრონული ვარსკვლავი? წინა შეფასებების მიხედვით, ამ ობიექტის ზომა 8-16 კილომეტრს შორის მერყეობდა.
გრავიტაციული ტალღების საფუძველზე გაუმჯობესებული სტატისტიკური მიდგომის გამოყენებით, ფრანკფურტის გოეთეს უნივერსიტეტის ასტროფიზიკოსებმა ნეიტრონული ვარსკვლავების ზომა იმდენად ზუსტად გაზომეს, რომ ცდომილება მხოლოდ 1,5 კილომეტრია.
ნეიტრონული ვარსკვლავები სამყაროს ყველაზე მკვრივი ობიექტებია. მათი მასა ჩვენი მზისას აღემატება, მაგრამ ამ სფეროების დიამეტრი დაახლოებით ქალაქ ფრანკფურტის ტერიტორიის ტოლია. თუმცა, ეს შეფასება ძლიერ მიახლოებითია.
თითქმის 40 წლის განმავლობაში, ნეიტრონულ ვარსკვლავთა ზომის განსაზღვრა ნამდვილი წმინდა გრაალის თასი იყო ბირთვულ ფიზიკაში. ეს უმნიშვნელოვანესი იყო იმ მხრივ, რომ ფიზიკოსებს ძლიერ საჭირო ინფორმაციას მიაწვდიდა ბირთვულ სიმკვრივეებში მატერიის ფუნდამენტური ქცევის შესახებ.
ამ თავსატეხის ამოხსნაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა გასული წლის მიწურულს ნეიტრონულ ვარსკვლავთა შეჯახების (GW170817) შედეგად წარმოქმნილი გრავიტაციული ტალღების დაფიქსირებამ.
მოვლენიდან ცოტა ხანში, ფიზიკის თეორეტიკოსმა, პროფესორმა ლუჩანო რეზოლამ და მისმა სტუდენტებმა მონაცემების დამუშავება დაიწყეს. მათი მიზანი იყო გაერკვიათ ნეიტრონულ ვარსკვლავთა ის მაქსიმალური მასა, რაც შეიძლება ამ ობიექტს ჰქონდეს ისე, რომ შავ ხვრელად არ კოლაფსირდეს. მიღებული შედეგები მსოფლიოს სხვადასხვა მეცნიერებმაც დაადასტურეს. ამის შემდეგ, ამავე ჯგუფმა მუშაობა პროფესორ ჟურგენ შაფნერ-ბილიხთან ერთად ახალ კვლევაზე დაიწყო. ამჯერად, მათი მიზანი ნეიტრონული ვარსკვლავის ზომის ლიმიტების დადგენა იყო.
საქმის დედაარსი ის არის, რომ უცნობია განტოლება, რომელიც აღწერდა ნეიტრონულ ვარსკვლავთა წიაღში არსებულ მატერიას. შესაბამისად, ფიზიკოსებმა სხვა გზა არჩიეს — ვიწრო ლიმიტების ფარგლებში ნეიტრონულ ვარსკვლავთა ზომის გასარკვევად, მათ სტატისტიკური მეთოდები არჩიეს.
ახალი ლიმიტების დასაწესებლად, მკვლევრებმა კომპიუტრულად შექმნეს ნეიტრონულ ვარსკვლავთა ორ მილიარდზე მეტი თეორიული მოდელი. ეს ყველაფერი მათ მოახერხეს ამ რელატივისტურ ვარსკვლავთა ეკვილიბრუმის შესახებ არსებული აინშტაინის განტოლებებისა და ნეიტრონულ ვარსკვლავთა შეჯახების შედეგად წარმოქმნილი გრავიტაციული ტალღების მონაცემების კომბინირების გზით.
„ამ ტიპის მიდგომა თეორიული ფიზიკისთვის უჩვეულო სულაც არ არის. პარამეტრების ყველა შესაძლო ღირებულებათა შედეგების კვლევით, ეფექტიანად შეგვიძლია შევამციროთ ცდომილებები“, — ამბობს რეზოლა.
შედეგად, მკვლევრებმა განსაზღვრეს, რომ ტიპური ნეიტრონული ვარსკვლავის რადიუსი 12-13,5 კილომეტრს შორის მერყეობს, 1,5-კილომეტრიანი დიაპაზონით. აღნიშნული შედეგეის კიდევ უფრო დაზუსტება შესაძლებელი გახდება გრავიტაციულ ტალღათა კიდევ დაფიქისრების შემდეგ.
შაფნერ-ბილიხი ყურადღებას კიდევ ერთ გარემოებაზე ამახვილებს. საქმე ის არის, რომ ულტრამაღალი სიმკვრივის პირობებში, მატერია შესაძლოა, დრამატულად იცვლიდეს თვისებებს და გადადიოდეს ე. წ. გარდამავალ ფაზაში. ეს დაახლოებით იმის მსგავსია, როცა წყალი იყინება და თხევადიდან მყარ მდგომარეობაში გადადის.
ნეიტრონულ ვარსკვლავთა შემთხვევაში, ვარაუდობენ, რომ ამ გადასვლის შედეგად, ჩვეულებრივი მატერია გადაიქცევა „კვარკ მატერიად“ და წარმოიქმნება ვარსკვლავი, რომელსაც ზუსტად იგივე მასა აქვს, რაც მის ტყუპისცალ ნეიტრონულ ვარსკვლავს. თუმცა, ზომით ის გაცილებით პატარა და კომპაქტური იქნება.
ამ ვარსკვლავთა არსებობის დამადასტურებელი მტკიცებულებები მეცნიერებს არ გააჩნიათ, მაგრამ ფრანკფურტელმა მკვლევრებმა მათი შესაძლო არსებობა მაინც მიიღეს მხედველობაში, მიუხედავად იმისა, რომ წარმოქმნიდა დამატებით გართულებებს. ამ ძალისხმევას უკვალოდ არ ჩაუვლია და შედეგიც საკმაოდ მოულოდნელი აღმოჩნდა — ტყუპი ვარსკვლავები სტატისტიკურად უიშვიათესია და ორი ასეთი ვარსკვლავის შერწყმისას, შეუძლებელია მათი ძლიერი დეფორმირება. აღმოჩენა საკმაოდ მნიშვნელოვანია, რადგან მეცნიერებს ახლა უკვე აქვთ შეუძლიათ პოტენციურად გამორიცხონ ამ ძალიან კომპაქტურ ობიექტთა არსებობა.
ჰყავთ თუ არა ნეიტრონულ ვარსკვლავებს ეგზოტიკური ტყუპისცალები, ამას გრავიტაციულ ტალღებზე დაკვირვებები გაარკვევს.
კვლევა ჟურნალ Physical Review Letters-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია goethe-university-frankfurt.de-ს მიხედვით.
