Ekstremt tætte og eksotiske hypotetiske kosmiske objekter kendt som "mærkelige kvarkstjerner" kan eksistere i universet. Mens astrofysikere fortsætter med at diskutere eksistensen af kvarkstjerner, har et hold fysikere opdaget, at resterne af en neutronstjernefusion observeret i 2019 har præcis den masse, der skal til for at være én.
Når stjerner dør, trækker deres kerne sig så meget sammen, at de bliver til nye typer objekter. For eksempel, når Solen endelig dør ud, vil den efterlade en hvid dværg, en kugle på størrelse med planeten af højt komprimerede kulstof- og iltatomer. Når endnu større stjerner eksploderer i katastrofale eksplosioner kaldet supernovaer, efterlader de neutronstjerner. Disse utroligt tætte objekter er kun et par kilometer på tværs, men deres masse kan være flere gange Solens. Som deres navn antyder, er de næsten udelukkende sammensat af rene neutroner, hvilket gør dem faktisk kilometerlange atomkerner.
Neutronstjerner er så eksotiske, at fysikere endnu ikke helt har forstået dem. Selvom vi kan observere, hvordan neutronstjerner interagerer med deres miljø og lave nogle gode bud på, hvad der sker med dette neutronstof nær overfladen, er sammensætningen af deres kerner stadig uhåndgribelig.
Problemet er, at neutroner ikke er helt fundamentale partikler. Selvom de kombinerer med protoner for at danne atomkerner, består neutroner selv af endnu mindre partikler kaldet kvarker.
Der er seks typer, eller aromaer, kvarker: op, ned, top, bund, underligt og charme. En neutron består af to ned-kvarker og en op-kvark. Hvis du flader for mange atomer sammen, bliver de til en kæmpe kugle af neutroner. Så hvis du klemmer for mange neutroner sammen, bliver de så til en kæmpe kugle af kvarker?
Svarene spænder fra "måske" til "det er svært." Problemet er, at kvarker virkelig ikke kan lide at være alene. Den stærke kernekraft, som binder kvarkerne i kernen, øges faktisk med afstanden. Hvis du forsøger at trække to kvarker sammen, øges kraften, der trækker dem tilbage. Til sidst bliver tyngdekraften mellem dem så stor, at der opstår nye partikler i vakuumet, herunder nye kvarker, som med glæde binder sig til de adskilte.
Hvis du ville skabe et makroskopisk objekt ud af de op- eller ned-kvarker, der udgør en neutron, ville det objekt eksplodere meget hurtigt og meget voldsomt.
Men måske er der en måde, der bruger mærkelige kvarker. I sig selv er mærkelige kvarker ret tunge, og når de får lov at hvile, henfalder de hurtigt til lettere op- og nedkvarker. Men når et stort antal kvarker kombineres, kan fysikken ændre sig. Fysikere har opdaget, at mærkelige kvarker kan binde sig til op- og nedkvarker og danne trillinger kendt som starlets, som kan være stabilt - men kun under ekstreme pres.
Hvis du komprimerer en neutronstjerne for meget, mister alle neutronerne deres evne til at støtte stjernen, og den eksploderer og danner et sort hul. Men der kan være et mellemstadie, hvor trykket er højt nok til at opløse neutroner og danne en mærkelig kvarkstjerne, men ikke stærk nok til at tyngdekraften kan tage over.
Astronomer forventer ikke at finde mange mærkelige stjerner i universet, disse objekter burde være tungere end neutronstjerner, men lettere end sorte huller, og der er ikke meget plads til manøvre. Og da vi ikke fuldt ud forstår de mærkelige stjerners fysik, kender vi ikke engang de nøjagtige masser, hvor mærkelige stjerner kan eksistere.
Men et hold af astronomer så for nylig på GW190425, en gravitationsbølgebegivenhed forårsaget af sammensmeltningen af to neutronstjerner observeret i 2019. Sammen med den massive mængde gravitationsbølger resulterer sammensmeltningen af neutronstjerner i dannelsen af en kilonova, en eksplosion, der er kraftigere end en normal nova, men svagere end en supernova. Selvom astronomer ikke var i stand til at detektere et elektromagnetisk signal fra denne begivenhed, observerede de en lignende begivenhed i 2017, der producerede både gravitationsbølger og stråling.
Når to neutronstjerner smelter sammen, er der flere muligheder for udvikling af begivenheder afhængigt af deres masser, spin og kollisionsvinkel. Ifølge teoretiske beregninger kan neutronstjerner ødelægge hinanden, danne et sort hul eller skabe en lidt mere massiv neutronstjerne.
Og ifølge en ny undersøgelse kan disse kosmiske kollisioner føre til dannelsen af en mærkelig kvarkstjerne.
Holdet vurderede, at massen af objektet, der blev tilbage fra fusionen i 2019, var et sted mellem 3,11 og 3,54 solmasser. Baseret på vores bedste forståelse af neutronstjernernes struktur er det for meget masse og burde være eksploderet i et sort hul. Men det falder også inden for rækkevidden af masser, der tillades af strukturelle modeller af disse mærkelige stjerner.
Det er for tidligt at sige, om 190425 GW2019 er vores første observation af en sjælden stjerne med en mærkelig kvark, men fremtidige observationer (og mere teoretisk arbejde) kan hjælpe astronomer med at lokalisere et af disse eksotiske væsner.
Du kan hjælpe Ukraine med at kæmpe mod de russiske angribere. Den bedste måde at gøre dette på er at donere midler til Ukraines væbnede styrker gennem Red livet eller via den officielle side NBU.
Læs også:
- Massive stjerner kan "stjæle" planeter
- Large Hadron Collider hjalp med at finde en ny måde at måle kvarkmasse på