Ekstremt tette og eksotiske hypotetiske kosmiske objekter kjent som "merkelige kvarkstjerner" kan eksistere i universet. Mens astrofysikere fortsetter å diskutere eksistensen av kvarkstjerner, har et team av fysikere oppdaget at restene av en nøytronstjernesammenslåing observert i 2019 har nøyaktig den massen som trengs for å være en.
Når stjerner dør, trekker kjernene deres seg så mye sammen at de blir til nye typer objekter. For eksempel, når solen endelig dør ut, vil den etterlate seg en hvit dverg, en kule på størrelse med planeten med høyt komprimerte karbon- og oksygenatomer. Når enda større stjerner eksploderer i katastrofale eksplosjoner kalt supernovaer, etterlater de seg nøytronstjerner. Disse utrolig tette objektene er bare noen få kilometer i diameter, men massen kan være flere ganger Solens. Som navnet antyder, består de nesten utelukkende av rene nøytroner, noe som gjør dem faktisk kilometerlange atomkjerner.
Nøytronstjerner er så eksotiske at fysikere ennå ikke helt har forstått dem. Selv om vi kan observere hvordan nøytronstjerner samhandler med miljøet og gjøre noen gode gjetninger om hva som skjer med dette nøytronmaterialet nær overflaten, forblir sammensetningen av kjernene deres unnvikende.
Problemet er at nøytroner ikke er helt fundamentale partikler. Selv om de kombineres med protoner for å danne atomkjerner, er nøytroner selv bygd opp av enda mindre partikler kalt kvarker.
Det er seks typer, eller aromaer, kvarker: opp, ned, topp, bunn, rart og sjarm. Et nøytron består av to nedkvarker og en oppkvark. Hvis du flater for mange atomer sammen, vil de bli til en kjempekule av nøytroner. Så hvis du klemmer for mange nøytroner sammen, vil de bli til en gigantisk kule med kvarker?
Svarene spenner fra «kanskje» til «det er vanskelig». Problemet er at kvarker virkelig ikke liker å være alene. Den sterke kjernekraften, som binder kvarkene i kjernen, øker faktisk med avstanden. Hvis du prøver å trekke to kvarker sammen, øker kraften som trekker dem tilbake. Etter hvert blir gravitasjonsenergien mellom dem så stor at nye partikler dukker opp i vakuumet, inkludert nye kvarker, som gjerne binder seg til de separerte.
Hvis du ønsket å lage et makroskopisk objekt av opp- eller nedkvarkene som utgjør et nøytron, ville det objektet eksplodere veldig raskt og veldig voldsomt.
Men kanskje det er en måte som bruker rare kvarker. I seg selv er rare kvarker ganske tunge, og når de får hvile, forfaller de raskt til lettere opp- og nedkvarker. Men når et stort antall kvarker kombineres, kan fysikken endres. Fysikere har oppdaget at merkelige kvarker kan binde seg til opp- og nedkvarker for å danne trillinger kjent som starlets, som kan være stabilt - men kun under ekstreme press.
Hvis du komprimerer en nøytronstjerne for mye, mister alle nøytronene sin evne til å støtte stjernen og den eksploderer og danner et sort hull. Men det kan være et mellomstadium der trykket er høyt nok til å løse opp nøytroner og danne en merkelig kvarkstjerne, men ikke sterk nok til at tyngdekraften tar over.
Astronomer forventer ikke å finne mange rare stjerner i universet, disse objektene skal være tyngre enn nøytronstjerner, men lettere enn sorte hull, og det er ikke mye handlingsrom. Og siden vi ikke fullt ut forstår fysikken til fremmede stjerner, vet vi ikke engang de eksakte massene der rare stjerner kan eksistere.
Men et team av astronomer så nylig på GW190425, en gravitasjonsbølgehendelse forårsaket av sammenslåingen av to nøytronstjerner observert i 2019. Sammen med den enorme mengden gravitasjonsbølger resulterer sammenslåingen av nøytronstjerner i dannelsen av en kilonova, en eksplosjon som er kraftigere enn en vanlig nova, men svakere enn en supernova. Selv om astronomer ikke klarte å oppdage et elektromagnetisk signal fra denne hendelsen, observerte de en lignende hendelse i 2017 som produserte både gravitasjonsbølger og stråling.
Når to nøytronstjerner smelter sammen, er det flere alternativer for utvikling av hendelser avhengig av deres masse, spinn og kollisjonsvinkel. Ifølge teoretiske beregninger kan nøytronstjerner ødelegge hverandre, danne et sort hull eller lage en litt mer massiv nøytronstjerne.
Og ifølge en ny studie kan disse kosmiske kollisjonene føre til dannelsen av en merkelig kvarkstjerne.
Teamet estimerte at massen til gjenstanden som ble igjen fra fusjonen i 2019 var et sted mellom 3,11 og 3,54 solmasser. Basert på vår beste forståelse av strukturen til nøytronstjerner, er det for mye masse og burde ha eksplodert i et svart hull. Men det faller også innenfor masseområdet som er tillatt av strukturelle modeller av disse merkelige stjernene.
Det er for tidlig å si om 190425 GW2019 er vår første observasjon av en sjelden stjerne med en merkelig kvark, men fremtidige observasjoner (og mer teoretisk arbeid) kan hjelpe astronomer med å finne plasseringen til en av disse eksotiske skapningene.
Du kan hjelpe Ukraina med å kjempe mot de russiske inntrengerne. Den beste måten å gjøre dette på er å donere midler til Ukrainas væpnede styrker gjennom Redd livet eller via den offisielle siden NBU.
Les også:
- Massive stjerner kan "stjele" planeter
- Large Hadron Collider hjalp til med å finne en ny måte å måle kvarkmasse på