Кварковая звезда

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Ква́рковая звезда́ — гипотетический космический объект, состоящий из так называемой «кварковой материи»[1]. Пока неясно, является ли переход вещества в кварковое состояние обратимым, то есть перейдёт ли кварковая материя обратно в нейтронную при уменьшении давления. Как показывает моделирование, в «кварковом газе», из которого, предположительно, состоит кварковая звезда, должно присутствовать большое количество s-кварков, поэтому иногда кварковые звёзды называют ещё и «странными» звёздами[2].

Гипотезу о существовании кварковых звёзд впервые предложили Д. Д. Иваненко и Д. Ф. Курдгелаидзе в 1965 году[1].

Формирование

Предполагается, что когда вырожденный газ, из которого состоят нейтронные звёзды, оказывается под достаточным давлением из-за гравитации звезды или сверхновой, создающей её, отдельные нейтроны распадаются на кварки (u-кварки и d-кварки), из которых они состоят, образуя таким образом кварковую материю. Это преобразование может быть ограничено только центром нейтронной звезды или трансформировать её целиком в зависимости от физических обстоятельств. Такие звёзды называют кварковыми.[3][4]

Свойства вещества

Дополнительные сведения: Единая теория поля, Хронология Большого взрыва

Данный тип объектов должен содержать вещество в состоянии, для которого одновременно действуют все четыре фундаментальных взаимодействия материи, известные современной физике:

  1. Гравитационное взаимодействие;
  2. Электромагнитное взаимодействие;
  3. Слабое ядерное взаимодействие
  4. Сильное ядерное взаимодействие.

В условиях, которые присутствуют внутри нейтронных звёзд, с чрезвычайно высокой плотностью, но температурой значительно ниже 1012 К, кварковая материя, как предсказывает теория, будет обладать некоторыми специфическими характеристиками. К примеру, ожидается, что она будет вести себя как ферми-жидкость и будет присутствовать цветовая сверхпроводимость[англ.]. Подобные экстремальные условия в настоящее время не могут быть воссозданы в лабораториях, поэтому подобное вещество нельзя изучить проведением прямых экспериментов.[5]

Кварковое вещество, состоящее из u- и d-кварков, имеет очень высокую энергию Ферми по сравнению с обычным атомарным веществом и стабильно только при экстремальных температурах и/или давлениях. Это говорит о том, что стабильными кварковыми звёздами могут быть только нейтронные звезды с ядром из кварковой материи.[6][7]

Странные звёзды

Согласно расчётам, высокая энергия Ферми, делающая обычную кварковую материю неустойчивой при низких температурах и давлениях, может быть существенно снижена путём преобразования достаточного количества u- и d-кварков в s-кварки. Этот вид кварковой материи называют странной материей. Гипотетические звёзды, состоящие из подобной материи, называют странными звёздами[англ.].[8]

Звёзды-кандидаты

По состоянию на 2022 год существование кварковых звёзд считается недоказанным. Существуют теоретические предпосылки к тому, что возможно преобразование нейтронных звёзд в кварковые[9]. Отбор пульсаров в кандидаты в кварковые звёзды осуществляется на основании результатов анализа их периода вращения на предмет возможного превышения предела скорости вращения нейтронных звёзд. Например, возможной кварковой звездой считается быстро вращающийся пульсар XTE J1739-285. Также масса таких объектов должна быть близка к верхнему пределу допустимых масс нейтронных звёзд и согласно последним исследованиям находится в пределах 2—2,5 M☉[10]. Возможно состоящими из кварковой формы состояния материи считают следующие объекты:

  • RX J1856.5-3754. Этот объект был изначально открыт как нейтронная звезда и находится на расстоянии в 150 световых лет от Солнечной системы, однако в 2002 году Дж. Дрейк (J. J. Drake) с коллегами с помощью уточнённых данных, полученных телескопом «Чандра», предположил, что тело может быть кварковой звездой, удалённой от Солнечной системы на расстояние около 400 световых лет, с радиусом 3,8—8,2 км (против 12 км у нейтронной)[11]. Это предположение, однако, впоследствии не подтвердилось. Новые наблюдения этой звезды подтвердили полученную Дрейком и др. оценку расстояния, однако улучшенный анализ спектра привёл к переоценке радиуса, оказавшегося существенно бо́льшим[12][13].
  • Учёные из канадского университета в Калгари предполагают, что остаток обнаруженной 18 сентября 2006 года яркой сверхновой SN 2006gy, возможно, является кварковой звездой.
  • Релятивистские объекты на месте сверхновых SN 2005gj[англ.], SN 2005ap[англ.] и ASASSN-15lh[англ.].
  • Результатом слияния двух нейтронных звезд вызвавшим гравитационно-волновой всплеск GW190425 может быть кварковая звезда[14].

HESS J1731-347

Уточнение параметров нейтронной звезды HESS J1731-347 проведенное в 2022 году, показало, что диаметр этого объекта составляет 10,4 километра, а масса — 0,77 M☉, хотя нижним пределом массы нейтронных звезд считается величина в 1,1 M☉. Таким образом, компактный космический объект HESS J1731-347 является либо самой легкой нейтронной звездой среди всех известных в настоящее время, либо первой открытой кварковая звездой[15].

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 Иваненко Д.Д., Курдгелаидзе Д.Ф. Гипотеза кварковых звезд // Астрофизика. — 1965. — Т. 1. — С. 479—482.
  2. ↑ М. Е. Прохоров. Звезды, кварковые и нейтронные. Астронет (15 апреля 2002). Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано 12 июня 2008 года.
  3. ↑ Shapiro, Stuart L.; Teukolsky, Saul A. Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars: The Physics of Compact Objects (англ.). — Wiley, 2008. — ISBN 978-0471873167.
  4. ↑ Physics of neutron star interiors / Blaschke, David; Sedrakian, Armen; Glendenning, Norman K.. — Springer-Verlag, 2001. — Т. 578. — (Lecture Notes in Physics). — ISBN 978-3-540-42340-9. — doi:10.1007/3-540-44578-1.
  5. ↑ Alford, Mark G.; Schmitt, Andreas; Rajagopal, Krishna; Schäfer, Thomas. Color superconductivity in dense quark matter (англ.) // Reviews of Modern Physics. — 2008. — Vol. 80, no. 4. — P. 1455—1515. — doi:10.1103/RevModPhys.80.1455. — Bibcode: 2008RvMP...80.1455A. — arXiv:0709.4635.
  6. ↑ Witten, Edward. Cosmic separation of phases (англ.) // Physical Review D. — 1984. — Vol. 30, no. 2. — P. 272—285. — doi:10.1103/PhysRevD.30.272. — Bibcode: 1984PhRvD..30..272W.
  7. ↑ Farhi, Edward; Jaffe, Robert L. Strange matter (англ.) // Physical Review D. — 1984. — Vol. 30, no. 11. — P. 2379. — doi:10.1103/PhysRevD.30.2379. — Bibcode: 1984PhRvD..30.2379F.
  8. ↑ Alcock, Charles; Farhi, Edward; Olinto, Angela. Strange stars (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1986. — Vol. 310. — P. 261—272. — doi:10.1086/164679. — Bibcode: 1986ApJ...310..261A.
  9. ↑ Рождению странных звезд помогает темная материя? // Elementy.ru, 2010. Дата обращения: 29 октября 2010. Архивировано 18 ноября 2011 года.
  10. ↑ Calculations point to massive quark stars Архивная копия от 9 ноября 2011 на Wayback Machine, physicsworld.com, 15.01.2010
  11. ↑ J. J. Drake et al. Is RX J1856.5-3754 a Quark Star? (англ.) // Astrophys. J.. — 2002. — Vol. 572. — P. 996—1001.
  12. ↑ W. C. G. Ho et al. Magnetic hydrogen atmosphere models and the neutron star RX J1856.5-3754 (англ.) // Mon. Not. R. astron. Soc.. — 2007. — Vol. 375. — P. 821—830.
  13. ↑ См. также обсуждение и ссылки в статье: А. Ю. Потехин. Физика нейтронных звёзд // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2010. — Т. 180. — С. 1279—1304.
  14. ↑ Strange quark star may have formed from a lucky cosmic merger | Space
  15. ↑ Neutron star HESS J1731-347 may be a 'strange' star

Литература

  • Коккедэ Я. Теория кварков. — М.: Мир, 1971. — С. 27. — 341 с.
  • Superdense QCD Matter and Compact Stars / Blaschke, David; Sedrakian, David. — Springer, 2003. — Т. 197. — (NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry). — ISBN 978-1-4020-3428-2. — doi:10.1007/1-4020-3430-X.
  • Physics of neutron star interiors / Blaschke, David; Sedrakian, Armen; Glendenning, Norman K.. — Springer-Verlag, 2001. — Т. 578. — (Lecture Notes in Physics). — ISBN 978-3-540-42340-9. — doi:10.1007/3-540-44578-1.
  • Lectures on quark matter / Plessas, Willibald; Mathelitsch, Leopold. — Springer, 2002. — Т. 583. — (Lecture Notes in Physics). — ISBN 978-3-540-43234-0. — doi:10.1007/3-540-45792-5.

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Кварковая_звезда&oldid=18435051