Det är mycket troligt att ultratät avgränsad kvarkmateria finns i kärnorna av de mest massiva neutronstjärnorna, enligt en studie av ett internationellt team av fysiker. Teamet som leds av Aleksi Vuorinen vid Helsingfors universitet tillämpade Bayesiansk slutledning på observationer av neutronstjärnor och drog slutsatsen att det finns 80–90 % av att materiens exotiska tillstånd existerar i de tyngsta föremålen.
Vid extrema temperaturer och tryck förutspår kvantfältteorin att kvarkar och gluoner inte längre binder tätt till varandra – som de gör i protoner, neutroner och andra hadroner. Istället är de fria att existera individuellt i en exotisk kvarg-gluonplasma som kallas avgränsad kvargmateria.
Man tror att detta tillstånd av materia dominerade universum under de allra första ögonblicken efter Big Bang. Den har också skapats mycket kort på anläggningar som Large Hadron Collider genom att krossa tunga kärnor.
Täta och kompakta föremål
"Även om den experimentella studien av kärn- och kvarkmateria med hög densitet med partikelkolliderar fortfarande är extremt utmanande, har det länge varit känt att kvarkmateria kan finnas i naturen i kärnorna av neutronstjärnor – de tätaste och mest kompakta astrofysiska objekten som finns, ” förklarar Vuorinen.
Neutronstjärnor är de kollapsade kärnorna av stjärnor som packar mer än solens materia i objekt med bara 10–20 km i radie. En neutronstjärnas täthet förväntas öka från skorpan till kärnan. Som ett resultat förväntas elektroner och protoner i det inre av en sådan stjärna krossas tillsammans för att skapa materia som mestadels är neutroner.
Dessutom tror vissa fysiker att temperaturen och trycket i kärnan av en neutronstjärna kan vara tillräckligt hög för att möjliggöra en fasövergång från hadronisk materia till avgränsad kvarkmateria. För att söka efter bevis för en sådan fasövergång använde Vuorinens team "bayesiansk inferens", som är en metod för statistisk deduktion som härleder sannolikheten för olika modellparametrar genom att göra direkta jämförelser med observationsdata.
Statens ekvation
I det här fallet är observationerna "tillståndsekvationer" för neutronstjärnor. Tillståndsekvationen relaterar trycket i en neutronstjärna till densiteten – och kan härledas genom att observera egenskaper hos en neutronstjärna som dess massa och radie.
"Vi kombinerade detta tillvägagångssätt till ett ramverk som vi tidigare var banbrytande i studien av neutronstjärnemateria, där ekvationen för tillståndet för tät kvarkmateria interpoleras mellan exakt kända låg- och högdensitetsregimer," förklarar Vuorinen. Eftersom ekvationen för tillståndet för avgränsad kvarkmateria förväntas vara fundamentalt annorlunda än den för hadronisk materia, bör detta tillvägagångssätt identifiera närvaron av avgränsad kvarkmateria i kärnorna av observerade neutronstjärnor.
För sin studie använde Vuorinen och kollegor beräkningar av tillståndsekvationer från 12 neutronstjärnobservationer.
"Liknande studier har utförts tidigare, men vi kunde både ta hänsyn till ett aldrig tidigare skådat antal observationsresultat i vår studie och att härleda fasen av starkt interagerande materia från resultaten", beskriver Vuorinen. Med hjälp av deras nyligen utvecklade ramverk använde teamet en superdator för att beräkna sannolikheten för att avgränsad kvarkmateria finns i kärnorna av de tyngsta neutronstjärnorna de undersökte.
Stark första ordningens fasövergång
"Resultaten låg i bollplanken på 80-90%, vilket är högt, men inte på något sätt utgör en upptäckt", fortsätter Vuorinen. "De återstående 10-20 % sannolikheten motsvarar ett mycket intressant scenario i sig: vi kunde visa att om alla existerande neutronstjärnor skulle bestå av enbart kärnämne, måste det finnas en stark första ordningens fasövergång som separerar kärnkraften och kvarkmateriafaser.”
Neutronstjärnor kan innehålla fria kvarkar
Ur ett astrofysiskt perspektiv väcker möjligheten att avgränsad kvarkmateria finns i neutronstjärnans kärnor en mängd spännande nya frågor, förklarar teammedlemmen Joonas Nättilä vid Flatiron Institute och Columbia University i New York City.
"Nu när vi vet att det kan finnas ett sådant nytt tillstånd av material som lurar inuti neutronstjärnor, kan vi börja spekulera i hur det påverkar olika astrofysiska fenomen”.
Han säger att forskningen väcker några mycket intressanta frågor. "Kan vi tillfälligt frigöra kvarkmateria i en kollision mellan två neutronstjärnor? Kan vi någon gång hoppas kunna observera kollapsen av en neutronstjärna i ett svart hål om materien genomgår en kraftig fasövergång? Ändrar gränssnittet mellan kvark-neutronmateria stjärnans inre struktur?"
I sin framtida forskning kommer teamet att sträva efter att fördjupa sig i dessa fascinerande frågor.
Studien beskrivs i Nature Communications.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/evidence-grows-for-deconfined-quark-matter-in-neutron-star-cores/
- : har
- :är
- :var
- 12
- a
- Able
- Enligt
- Konto
- exakt
- mot
- Syftet
- Alla
- tillåter
- ensam
- också
- an
- och
- tillämpas
- tillvägagångssätt
- ÄR
- konstnär
- AS
- At
- bakgrund
- Bayesian
- BE
- varit
- innan
- tro
- tros
- mellan
- Stor
- Big Bang
- binda
- Svart
- Black Hole
- båda
- i korthet
- men
- by
- beräkna
- beräkningar
- kallas
- KAN
- Vid
- utmanande
- byta
- Stad
- Collapse
- kollapsade
- kollegor
- kollision
- COLUMBIA
- kombinerad
- kompakt
- jämförelser
- ingås
- innehålla
- fortsätter
- Kärna
- motsvarar
- kunde
- skapa
- skapas
- datum
- djupare
- gräva
- beskriven
- beskriver
- olika
- rikta
- Upptäckten
- do
- gör
- dominerade
- varje
- Tidigare
- elektroner
- tillräckligt
- bevis
- existerar
- Förekomsten
- befintliga
- finns
- Exotic
- förväntat
- experimentell
- Förklarar
- extrem
- extremt
- anläggningar
- fascinerande
- fält
- Förnamn
- efter
- För
- Ramverk
- Fri
- från
- fundamentalt
- framtida
- Växer
- hade
- Har
- tung
- Hög
- Hål
- hoppas
- värd
- Hur ser din drömresa ut
- HTTPS
- identifiera
- if
- in
- Öka
- Individuellt
- informationen
- inuti
- istället
- Institute
- interagera
- intressant
- Gränssnitt
- interiör
- inre
- Internationell
- in
- fängslande
- fråga
- IT
- DESS
- sig
- jpg
- bara
- Vet
- känd
- Large
- skikt
- Led
- tycka om
- sannolikhet
- sannolikt
- Lång
- längre
- Framställning
- Massa
- massiv
- Materialet
- Materia
- max-bredd
- Maj..
- betyder
- medlem
- metod
- modell
- Ögonblick
- mer
- mest
- för det mesta
- Natur
- Nebulosa
- behov
- Neutronstjärna
- Neutronstjärnor
- neutroner
- Nya
- New York
- new york city
- Nej
- nukleär
- antal
- objekt
- observational
- observera
- of
- Övriga
- vår
- Pack
- parametrar
- utfört
- perspektiv
- fas
- Faserna
- Fysik
- Fysikvärlden
- banat
- Plasma
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Punkt
- Möjligheten
- Förutspår
- Närvaron
- presentera
- tryck
- tryck
- egenskaper
- protoner
- Quantum
- kvarkar
- frågor
- höjer
- Red
- dieter
- frigöra
- Återstående
- resterna
- forskning
- resultera
- Resultat
- s
- säger
- scenario
- Sök
- separerande
- skall
- show
- visas
- eftersom
- några
- Stjärna
- Stjärnor
- starta
- Ange
- Ämnesläge
- statistisk
- stark
- starkt
- struktur
- studier
- Läsa på
- sådana
- superdator
- Ta
- grupp
- än
- den där
- Smakämnen
- deras
- Teorin
- Där.
- Dessa
- de
- detta
- miniatyr
- tätt
- till
- tillsammans
- övergång
- sann
- två
- genomgår
- Universum
- universitet
- utan motstycke
- Begagnade
- med hjälp av
- olika
- mycket
- we
- były
- som
- Hela
- kommer
- med
- världen
- värt
- york
- zephyrnet