Po čiernych dierach a temnej hmote sa po rebríčku jedných z najvzrušujúcejších záhad vesmíru postupne šplhajú aj neutrónové hviezdy. Najnovšie dôkazy odhaľujú ich exotickú vnútornú štruktúru.

Portál Science Alert priniesol aktuálne veľmi čerstvú štúdiu, ktorá bola zverejnené začiatkom júna v prestížnom žurnále Nature Physics. Samotná štúdia sa zaoberá neutrónovými hviezdami, o ktorých sa už skôr predpokladalo, že ich jadrá tvorí neuveriteľne hustá hmota zvaná „jadrové cestoviny“.

O tejto hmote zloženej z kvarkov a gluónov sa zároveň hovorilo aj v súvislosti s najtvrdším materiálom v celom vesmíre.

Zobraziť celú galériu (7)

Neutrónová hviezda. Casey Reed, Penn State University

Najnovšie merania ale hovoria, že jadrá tých najmasívnejších neutrónových hviezd sú tvorené exotickou hmotou subatomárnych častíc zložených len z kvarkov. Fyzici došli k záveru na základe merania gravitačných vĺn, ktoré sme boli schopní vôbec poprvýkrát zaznamenať ešte len v roku 2015 práve v súvislosti s neutrónovými hviezdami.

Zobraziť celú galériu (7)

Grafické znázornenie gravitačných vĺn. Zdroj: Ligo

Ich závery totižto odhaľujú prekvapujúci fakt. Podľa výpočtov sú jadrá tých najmasívnejších neutrónových hviezd až také husté, že atómové jadrá prestávajú existovať a kondenzujú do čisto kvarkovej hmoty. Vedci tak v tejto súvislosti hovoria o veľmi dôležitom míľniku v porozumení podivných vnútorných štruktúr týchto extrémnych objektov.

Neutrónové hviezdy sa radia k jedným z najextrémnejších objektov vo vesmíre

Neutrónové hviezdy sú totižto naozaj veľmi nezvyčajné a extrémne vesmírne objekty. Ide o pozostatok kedysi majestátnych hviezd, ktorých hmotnosti dosahovali 8 až 30-násobok hmotnosti Slnka. Keď tieto hviezdy prejdú supernovou, väčšina ich hmoty je doslova „vystrelená“ do vesmíru, pričom zostane len ich jadro, ktoré degeneruje do neuveriteľne hustého objektu vplyvom pôsobenia obrovských gravitačných síl.

Zobraziť celú galériu (7)

Jednoducho znázornený proces vzniku neutrónovej hviezdy. Zdroj: Wikipedia

Tieto výsledne objekty nazývame neutrónové hviezdy, ktorých hmotnosti sa môžu pohybovať od 1,1 po 2,3-násobok hmotnosti Slnka, pričom táto pomerne vysoká hmotnosť je sústredená do tvaru gule s priemerom len 10 až 30 km. Keď dôjde pri supernove k degradácii jadra, protóny a elektróny v atómoch sú komprimované do neutrónov a neutrín.

Zobraziť celú galériu (7)

Simulovaný pohľad na neutrónovú hviezdu. Kvôli svojej silnej gravitácii pôsobiacej v okolí hviezdy je jej pozadie skreslené. Zdroj: Wikipedia

Neutrína však z objektu uniknú a nechávajú neutróny v podmienkach pod tak vysokým tlakom, že sa navzájom pospájajú, čím sa neutrónová hviezda stáva v podstate jedným veľkým jadrom s hustotou vo vnútri vyše 100 biliónovkrát vyššou ako na povrchu. Čím hlbšie by sme šli do neutrónovej hviezdy, tým vyššia by bola jej hustota pri jadre.

Zobraziť celú galériu (7)

Vedci doposiaľ predpokladali, že jadro neutrónovej hviezdy tvorí takzvaná „jadrová polievka“, respektíve kvarokvo-gluónová plazma. Nová štúdia ukázala, že sa jedná skôr o kvarkovú hmotu. Zdroj: Wikipedia

Práve pri tejto analógii vznikla myšlienka, že jadro neutrónovej hviezdy tvoria len kvarky. Ide o základné subatomárne častice, ktoré sa v bežných podmienkach kombinujú a vytvárajú zložené častice, ako sú protóny a neutróny.

Už niekoľko desaťročí astronómovia predpokladali, že za dostatočne vysokého tepla a hustoty sa neutróny rozkladajú ešte ďalej na svoje konštantné kvarky, čím vytvárajú akýsi druh „kvarkovej polievky“, respektíve kvarkovo-gluónovej plazmy.

Gravitačné vlny a pokrok v oblasti teoretickej a časticovej fyziky sa postarali o nové zistenia

Je však skutočne ťažké zistiť, čo sa vo vnútri neutrónových hviezd nachádza. Kolízia dvoch neutrónových hviezd z augusta 2017, ktorých gravitačné vlny boli zachytené a označené ako GW170817, bola pre astronómov veľmi vzrušujúca. Spôsob, akým sa obe hviezdy po kolízii zmenili a navzájom gravitačne deformovali, mohol odhaliť informácie o ich vnútornej štruktúre. Túto zrážku si môžeš pozrieť na videu nižšie.

Tým vedcov použil tieto merania spolu s novými pokrokmi v oblasti teoretickej a časticovej fyziky na vytvorenie svojich zložitých výpočtov. Zistili, že neutrónové hviezdy smerom k svojmu hornému hmotnostnému limitu (najmenej 2-násobok hmotnosti Slnka) vykazujú charakteristiky, ktoré naznačujú prítomnosť obrovského jadra zloženého z kvarkovej hmoty. Výpočty navyše ukázali, že toto jadro tvorí dokonca viac ako polovicu celého priemeru neutrónovej hviezdy.

Jedného dňa možno lepšie pochopíme vznik vesmíru

Tento objav tak nie je fascinujúci len z pohľadu zloženia neutrónových hviezd, ale umožní v budúcnosti lepšie pochopiť vznik nášho vesmíru. Vedci sa totižto domnievajú, že na niekoľko mikrosekúnd hneď po Veľkom tresku, známom ako kvarková epocha, bol vesmír naplnený „horúcou polievkou“ kvarkovo-gluónovej plazmy, ktorá sa rýchlo zhlukovala do hadrónov.

Zobraziť celú galériu (7)

Predpokladá sa, že v úplných počiatkoch vesmíru nastala v okamihu niekoľkých mikrosekúnd po Veľkom tresku kvarková epocha. Ľudstvo však bolo schopné pozorovať „najstaršie“ svetlo datované do obdobia 380 000 rokov od Veľkého tresku, pochádzajúce z takzvanej fotónovej epochy. Čo sa však dialo predtým sú stále len dohady. Zdroj: NASA / WMAP Science Team

Dnes môžeme pri pokusoch so zrážkami častíc pozorovať kvarkovú hmotu len veľmi krátko. Najnovšie výpočty v prezentovanej štúdii naznačujú, že touto hmotou sú tvorené aj neutrónové hviezdy. Ak teda dokážeme charakterizovať podmienky neutrónových hviezd, za ktorých sa formuje kvarková hmota, mohlo by nám to pomôcť lepšie pochopiť epochu kvarkov, respektíve samotný vznik vesmíru.