Учёные ЮФУ предложили новую модель компактных звёзд

Фото: Максим Хлопов // кадр ЮФУ

Учёные ЮФУ вместе с коллегами из Индии предложили новую модель компактных звёзд. В дальнейшем это может расширить представления строении и эволюции этих космических тел, сообщили в центре общественных коммуникаций вуза.

Больше всего исследователи уделяли внимание изучению кваркового состояния вещества внутри звёзд. Это выходит за рамки стандартных физических моделей, что позволяет открыть перспективны для изучения новой физики.

Благодаря наблюдению за астрономическими объектами и знаниям законов физики учёные выстроили теорию звёздной эволюции. Она описывает стадии их жизненного цикла, причём важнейшим считают этап, когда вещество звезды сжимается до плотности, характерной для атомного ядра. Это состояние открывает для исследователей особые возможности изучения материи в экстремальных условиях. С помощью этого учёные могут выйти за рамки стандартных моделей фундаментальных сил природы.

Современная космология считает, что во Вселенной доминируют скрытая масса и тёмная энергия. При этом их описание, как отмечает центр общественных коммуникаций, требует пересмотра современных физических моделей.

— Такой выход необходим и для описания начальных условий эволюции Вселенной, которое привлекает инфляцию и бариосинтез, механизмы которых не могут быть основаны только на известных физических законах. Тем самым ныне стандартная космологическая модель привлекает физику вне рамок стандартных моделей фундаментальных взаимодействий. Исследования этой физики основываются на сочетании экспериментальных физических и астрофизических исследований. В последних анализ естественных условий состояния вещества в компактных звездах занимает важное место, — отметил главный научный сотрудник НИИ Физики ЮФУ, доктор физико-математических наук, профессор Максим Хлопов.

Со временем звёзды становятся всё более и более компактными. Это происходит из-за того, что в процессе эволюции они проходят стадии, когда их вещество сжимается до очень высоких плотностей. Поэтому их размер значительно уменьшается. Кроме того, сжатие массивных звёзд приводит к их коллапсу в чёрные дыры.

При этом результатом эволюции звёзд становится образование нейтронных звёзд со сжатым веществом до плотности атомного ядра.

При таких плотностях вещество состоит из стабильных нейтронов. В отличии от свободных нейтронов, они не распадаются. Эксперты ЮФУ предложили альтернативное объяснение. На таких плотностях, по мнению учёных, может происходить переход в «цвето-ароматное» состояние. В нём протоны и нейтроны разлагаются на кварки и образуют огромную «сверхтекчую кварковую каплю».

В науке существует квантовая хромодинамика — это теория, которая описывает сильное взаимодействие между кварками. Физики ввели специальные характеристики частиц, которые назвали «цветом» и «ароматом».

Так, «цвет» кварка — это специфический квантовый заряд. Он принимает одно из трёх значений, которые учёные условно называют красным, зелёным и синим. При этом проводится лишь аналогия, на самом деле такие «цвета» не имеют ничего общего с видимыми и привычными для человека цветами.

Это распространяется и на «аромат» — другую характеристику кварков, которая определяет их тип. Физики выделяют шесть «ароматов»: верхний, нижний, очарованный, странный, истинный и прелестный. При высоких плотностях вещества могут появиться более тяжёлые, но в обычном встречаются только верхние и нижние.

Под «цвето-ароматном» состоянии специалисты подразумевают особое квантовое состояние, при котором кварки с различными «цветами» и «ароматами» формируют сложные структуры. Это состояние отличается от ядерного вещества. Более того, оно может приводить к совершенно новым свойствам материи.

Учёные решили изучить возможность существования такого «цвето-ароматного» кваркового состояния в компактных звёздах. Это исследование и было опубликовано в журнале Chinese Journal of Physics.

Полученные результаты позволят открыть новые горизонты для изучения космоса. Модель поможет предсказать существование небесных тел с массами, которые сильно превышают пределы, принятые для нейтронных звёзд. Возможно, в дальнейшем учёным благодаря этому открытию придётся пересмотреть наблюдения за такими астрономическими объектами их интерпретации.

— Новые решения для описания структуры звёзд приводят к предсказанию новых типов небесных объектов и интерпретации как данных астрономических наблюдений, так и процессов слияния компактных звёзд, доступных методам многоканальной астрономии, — резюмировал Максим Хлопов.