Нейтронные звезды проливают свет на кварковую материю
Кварковая материя – чрезвычайно плотное состояние вещества, состоящее из субатомных частиц, называемых кваркам – может существовать в основе нейтронных звезд. Она может также быть создана в течение кратких моментов в коллайдерах частиц на Земле, таких как Большой адронный коллайдер CERN. Но коллективное поведение кварковой материи не легко скопировать. В коллоквиуме на этой неделе проходившем в CERN, Алекси Куркела из отдела Теории CERN и Университета Ставангера, Норвегия, объяснил, как данные нейтронной звезды позволили ему и его коллегам установить жесткие ограничения на коллективное поведение этой экстремальной формы материи.
Впечатление художника о слиянии двух нейтронных звезд. University of Warwick/Mark Garlic
Куркела и его коллеги использовали свойство нейтронной звезды, выведенное из первого наблюдения гравитационных волн научным сотрудничеством LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) и Virgo (франко-итальянский детектор гравитационных волн) - пульсации в ткани пространства-времени - испускаемой слиянием двух нейтронных звезд. Это свойство описывает жесткость звезды в ответ на усилия, вызванные гравитационным притяжением сопутствующей звезды, и технически известно как приливная деформируемость.
Чтобы описать коллективное поведение кварковой материи, физики обычно используют уравнения состояния, которые связывают давление состояния вещества с другими свойствами состояния. Но они еще не придумали уникальное уравнение состояния для кварковой материи; они получили только семейства таких уравнений. Подключив значения приливной деформируемости нейтронных звезд, наблюдаемых LIGO и Virgo к выводу семейства уравнений состояния для кварковой материи нейтронной звезды, Куркела и коллеги смогли существенно уменьшить размер этого семейства уравнений. Такое сокращенное семейство обеспечивает более строгие ограничения на коллективные свойства кварковой материи и, в более общем плане, на ядерную материю при высоких плотностях, чем было ранее доступно.
Вооруженные этими результатами, исследователи затем перевернули проблему и использовали пределы кварковой материи для вывода свойств нейтронной звезды. Используя этот подход, команда получила связь между радиусом и массой нейтронной звезды и обнаружила, что максимальный радиус нейтронной звезды, который в 1,4 раза более массивный, чем Солнце, должен составлять от 10 до 14 км.