В ЮФУ предложили новую модель компактных звезд

Новую модель компактных звезд предложили ученые Южного федерального университета совместно с коллегами из Индии. Основное внимание в работе уделили исследованию кваркового вещества внутри звезд, что выходит за рамки стандартных физических моделей и открывает новые перспективы в изучении физики.

Данные современной космологии подтверждают, что во Вселенной доминируют скрытая масса и темная энергия. Это требует пересмотра текущих физических моделей.

Чтобы описать начальные условия эволюции Вселенной, необходима новая теория. В ней используются понятия инфляции и бариосинтеза, которые не могут быть объяснены только с помощью известных физических законов. Поэтому стандартная космологическая модель привлекает физику за пределами стандартных моделей фундаментальных взаимодействий.

Исследования в этой области основаны на сочетании экспериментальных физических и астрофизических исследований. Важную роль играет анализ естественных условий состояния вещества в компактных звездах, — говорит главный научный сотрудник НИИ Физики ЮФУ, профессор Максим Хлопов.

В процессе эволюции звезды становятся более компактными из-за сжатия вещества. Массивные звезды в результате коллапсируют в черные дыры, а те, что имеют массу меньше 2–3 масс Солнца, превращаются в нейтронные звезды с плотностью атомного ядра. При этом описание состояния такого вещества отличается от структуры атомных ядер.

Обычно считается, что вещество нейтронных звезд состоит из стабильных нейтронов. Но ученые ЮФУ предложили альтернативное объяснение: на определенных плотностях протоны и нейтроны могут разлагаться на кварки, образуя «сверхтекучую кварковую каплю». В этом состоянии участвуют не только легкие, но и более тяжелые кварки.

В квантовой хромодинамике, теории, которая описывает сильное взаимодействие между кварками, есть термин «цвето-ароматное состояние». Он может показаться необычным.

«Цвет» кварка — это специфический квантовый заряд, который принимает одно из трех значений: красный, зеленый или синий (есть также антицвета). Это лишь аналогия, и цвета не имеют ничего общего с видимыми. Как сочетание всех цветов видимого спектра дает белый цвет, так и комбинация трех кварковых „цветов“ образует „бесцветное“ состояние, которое существует в природе, например, в протонах и нейтронах.

«Аромат» — это характеристика кварков, определяющая их тип. Существует 6 „ароматов“: верхний, нижний, очарованный, странный, истинный и прелестный. Эти названия условны и не связаны с запахами. В обычном веществе встречаются только верхние и нижние кварки, но при высоких температурах и плотностях могут появляться более тяжелые „ароматы“.

Физики говорят о «цвето-ароматном» состоянии материи в сверхплотных звездах, имея в виду особое квантовое состояние, в котором кварки разных „ароматов“ формируют сложные структуры. Это состояние отличается от обычного ядерного вещества и может приводить к появлению новых свойств материи.

В журнале Chinese Journal of Physics опубликовали результаты исследования, которое изучало возможность существования особого цвето-ароматического кваркового состояния в компактных звездах.

Максим Хлопов отметил, что на основе уравнений общей теории относительности получено описание структуры таких звезд и состояния вещества в них. Это описание не только реалистично, но и приводит к новым выводам о свойствах компактных звезд.

Результаты исследования открывают новые горизонты для астрономических исследований. Разработанная модель позволяет предсказать существование звезд с массами, которые заметно превышают принятые пределы для нейтронных звезд. Это открытие может привести к пересмотру данных наблюдений за такими объектами.

Ученый отметил, что новые решения для описания структуры звезд позволяют предсказывать новые типы небесных объектов и интерпретировать астрономические наблюдения и процессы слияния компактных звезд.

Исследователи составили графики зависимости массы и радиуса звезд от их плотности, благодаря чему можно точнее моделировать свойства компактных объектов. Предложенная модель открывает широкие перспективы для изучения новых физических явлений и уточнения наших представлений о строении и эволюции Вселенной.

01.11.2024