Z reguły fizyka cząstek elementarnych kojarzy się ze zjawiskami w mikroświecie, na odległościach rzędu stu tysięcy razy mniejszych niż rozmiar atomu wodoru. Dla czytelnika może być zatem zaskoczenie, że szczegóły tych zjawisk odgrywają kluczową rolę w zrozumieniu astrofizycznych obiektów zwanych gwiazdami neutronowymi. które – jak sama nazwa wskazuje- składają się głównie z neutronów, ale również protonów i elektronów przyprawionych małą ilością innych cząstek elementarnych. Protony i neutrony same składają się z kwarków, zatem zasadne jest pytanie, czy w tak gęstych i chłodnych systemach jak gwiazdy neutronowe mogą zostać osiągnięte tak duże gęstości że uwolnione zostaną kwarki. W takim wypadku mówi się o gwiazdach hybrydowych których jądro jest złożone z kwarków a zewnętrzne powłoki z neutronów i protonów. Natura przejścia między materią protonowo-neutronową a kwarkową w warunkach panujących w gwiazdach neutronowych nie jest znana. Czy zatem ta przemiana to przejście fazowe pierwszego rodzaju, zupełnie podobne do tego, które jest odpowiedzialne za gotowanie wody w czajniku, czy też jest to łagodne przejście (ang. crossover), podobne do rozmagnesowania rozgrzanego magnesu? Ponieważ opis tego zjawiska i próba odpowiedzi na powyższe pytanie są niezmiernie skomplikowane, wymagają szczegółowego modelowania w oparciu o wieloparametrowe teorie.
Rys.1 . Relacja między masą gwiazdy neutronowej mierzonej w jednostkach masy Słońca a jej promieniem mierzonym w kilometrach. Rejony o różnych kolorach reprezentują ograniczenia wynikające z pomiarów astronomicznych, pomiarów fal grawitacyjnych (ang. Gravitatinal Waves GW) jak również rejony wykluczone przez łamanie ogólnych praw przyrody takich jak przyczynowość Linie reprezentują różne równania stanu opisujące przejście między fazowe między materią neutronowo-protonową a kwarkową.
W pracy pt. „Bayesian analysis of multimessenger M-R data with interpolated hybrid EoS” opublikowanej w czasopiśmie The European Physical Journal A volume 57, Article number: 318 (2021) A. Ayriyan, D. Blaschke, A. G. Grunfeld, D. Alvarez-Castillo, H. Grigorian i V. Abgaryan wykorzystali metodę analizy Bayesa, opartej na prostym twierdzeniu z zakresu rachunku prawdopodobieństwa – twierdzeniu Bayesa, które wyraża prawdopodobieństwo warunkowe zajścia zdarzenia losowego. Biorąc pod uwagę obserwacje astronomiczne, pomiary fal grawitacyjnych wyemitowanych przez zderzające się gwiazdy neutronowe autorzy znaleźli najbardziej prawdopodobne parametry modeli opisujących przejście fazowe materii neutronowo-kwarkowej. Okazało się, że odpowiadają one łagodnemu przejściu typu crossover. W konsekwencji przewidziana struktura gwiazdy neutronowej składać się będzie z nadprzewodzącego kwarkowego jądra, płaszcza mieszanej kwarkowo-neutronowej fazy, okrytej neutronowym płaszczem zewnętrznym. Mieszana kwarkowo-neutronowa warstwa pośrednia nie istniałaby, gdyby przejście kwarkowo-neutronowe było pierwszego rodzaju. Szczegółowe przewidywania obserwacyjne wynikające z takiej struktury pozostają obiektem przyszłych badań.
Dodała: Joanna Molenda-Żakowicz
Pełnomocnik Dziekana ds. promocji wydziału i kontaktów z mediami
