Eksotiskā fizika: noskaidrots, kādai jābūt neitronu zvaigznei, lai kļūtu par melno caurumu 0 55

Fizikā zinātnieki noskaidrojuši, cik kompakti var kļūt neitronu zvaigznes, kas ir masīvu zvaigžņu paliekas, kas eksplodējušas supernovā, un atraduši veidu, kā pārbaudīt kodolfizikas īpašības ļoti ekstremālos apstākļos. Pētījums publicēts priekšdrukas serverī arXiv, ziņo Space.

Problēma ar neitronu zvaigznes izmēru

Kad masīva zvaigzne eksplodē supernovā, rodas neitronu zvaigzne. Tā ir neliela (aptuveni 10 km diametrā), bet ļoti blīva objekts, kura masa var sasniegt līdz 3 Saules masām. Lai gan modeļi paredz neitronu zvaigžņu diametru ap 10 km, to precīzs izmērs joprojām nav skaidrs. Fizikā, lai arī neitronu zvaigznes masu var noteikt ļoti precīzi, ar izmēru rodas problēmas.

Ir vairāki iemesli, kāpēc noteikt neitronu zvaigznes diametru ir grūti. Visas zināmās neitronu zvaigznes atrodas ļoti tālu, bet galvenā problēma ir saistīta ar to, ko fiziķi sauc par stāvokļa vienādojumu. Tas apraksta blīvumu un spiedienu neitronu zvaigznē, no kura var precīzi noteikt tās diametru un citas īpašības.

Problēma ir tāda, ka apstākļi neitronu zvaigznē ir tik ekstremāli, ka tie izvirza mūsu izpratni par kodolfiziku jaunā līmenī. Karotes vielas no neitronu zvaigznes var svert miljardu tonnu. Zem šāda augsta spiediena atomi tiek saspiesti, un pozitīvi lādētie protonu apvienojas ar negatīvi lādētajiem elektroniem, veidojot objektu, kas pilns ar neitroniem.

Eksotiskā fizika

Bet neitronu zvaigznes centrā var dominēt eksotiskā fizika. Piemēram, tur var pastāvēt hipotētiskas daļiņas hiperonus vai arī milzīgā gravitācija liek neitroniem uzvesties ļoti dīvaini. To pārbaudīt nav iespējams, jo fiziķi nevar reproducēt apstākļus neitronu zvaigznē laboratorijā.

Tāpēc neitronu zvaigznēm ir nevis viens stāvokļa vienādojums, bet gan vesels saraksts ar iespējamiem stāvokļa vienādojumiem, pa vienam katrai modelim, kas apraksta iespējamos apstākļus neitronu zvaigznē.

Lai novērtētu, cik kompakta var kļūt neitronu zvaigzne, fiziķi apskatīja desmitiem tūkstošu stāvokļa vienādojumu. Bet, lai vienkāršotu uzdevumu, viņi apsvēra tikai maksimāli iespējamo neitronu zvaigzni katrā gadījumā.

Zinātnieku teiktā, katram stāvokļa vienādojumam ir maksimāli pieļaujamā masa. Jebkura neitronu zvaigznes masa, kas pārsniedz maksimāli pieļaujamo, novedīs pie melnā cauruma veidošanās. No novērojumiem ir zināms, ka maksimāli pieļaujamā neitronu zvaigznes masa jābūt no divām līdz trim Saules masām.

Pārsteigums fiziķiem

Fizikā ar pārsteigumu atklāja, ka pastāv augšējais ierobežojums neitronu zvaigznes kompaktiem, un, pamatojoties uz to, attiecība starp neitronu zvaigznes masu un tās diametru vienmēr ir mazāka par 1 pret 3.

Zinātnieku teiktā, izmērot neitronu zvaigznes masu, var teikt, ka tās diametram jābūt trīs reizes lielākam par tās masu. Fizikā arī atklāja, ka šī attiecība ir spēkā visiem stāvokļa vienādojumiem, neatkarīgi no maksimālās neitronu zvaigznes masas.

Pirmajā mirklī tas var šķist pārsteidzoši, jo automātiski varētu pieņemt, ka vismasīvākās neitronu zvaigznes būs viskompaktākās, jo to gravitācija būs spēcīgāka, cenšoties tās saspiest. Tā vietā eksotiskā kodolfizika, kas darbojas neitronu zvaigznēs, acīmredzot līdzsvaro situāciju, saka zinātnieki.

Tagad palicis tikai pārbaudīt šo teoriju, izmantojot nākotnes novērojumus.