עדויות נוספות לקווארקים במרכזי כוכבי נייטרונים מסיביים

ניתוח תאורטי חדש מעמיד את הסבירות שכוכבי נייטרונים מסיביים מסתירים בתוכם גרעיני קווארקים בשיעור של בין 80 ל-90 אחוזים

גרעיני כוכבי ניטרונים מכילים חומר בצפיפות הגבוהה ביותר שנצפתה ביקום הנוכחי שלנו, עם עד שני מסות שמש של חומר דחוס בתוך כדור בקוטר 25 קילומטרים. ניתן לראות עצמים אלה כגרעיני אטומים ענקיים, כאשר כוח המשיכה דוחס את גרעיניהם לצפיפות העולה על זו של פרוטונים וניטרונים בודדים בהרבה.

צפיפות זו הופכת כוכבי נייטרונים לעצמים אסטרופיזיקליים מעניינים מנקודת מבט של פיזיקת חלקיקים גרעינית. בעיה פתוחה ארוכת שנים נוגעת לשאלה האם הלחץ העצום במרכזם של כוכבי נייטרונים יכול לדחוס פרוטונים ונייטרונים לשלב חומר חדש, הידוע כחומר קווארק קר. במצב האקזוטי הזה, פרוטונים ונייטרונים אינם קיימים עוד.

“במקום זאת, הקוורקים והגלואונים המרכיבים אותם משוחררים מה”כלא” שלהם ומתחילים לנוע כמעט בחופשיות”, מסביר אלכסי וורינן, פרופסור לפיזיקה תאורטית של חלקיקים באוניברסיטת הלסינקי.

במאמר חדש שפורסם לאחרונה ב-Nature Communications, סיפקו החוקרים הערכה כמותית ראשונה אי פעם לסבירות קיומם של גרעיני קווארק במרכזי כוכבי נייטרונים מסיביים. הם הראו כי, בהתבסס על תצפיות אסטרופיזיקליות נוכחיות, חומר קוורקי הוא כמעט בלתי נמנע בכוכבי ניטרונים המסיביים ביותר: הערכה כמותית שהצוות שיחזר הציבה את הסבירות בטווח של 80-90 אחוזים.

הסבירות הקטנה הנותרת שכל כוכבי הניטרונים מורכבים מחומר גרעיני בלבד דורשת שהשינוי מחומר גרעיני לחומר קווארק יהיה מעבר בשלב ראשון חזק, מעט דומה לזה של מים נוזליים הופכים לקרח. לשינוי מסוג זה בשינויים בתכונות של חומר כוכבי נייטרונים יש את הפוטנציאל להפוך את הכוכב לבלתי יציב בצורה כזו שהיווצרות של אפילו גרעין קווארק זעיר תגרום לכוכב להתכווץ לכדי חור שחור.

שיתוף הפעולה הבינלאומי בין מדענים מפינלנד, נורבגיה, גרמניה וארה”ב הצליח להראות עוד כיצד קיומם של גרעיני קווארק עשוי לזכות ביום מן הימים לאימות או דחיה. המפתח הוא להיות מסוגל להגביל את עוצמת מעבר השלב בין חומר גרעיני לחומר קווארק, צפוי להיות אפשרי כאשר אות גלי כבידה מהחלק האחרון של התמזגות כוכבי נייטרונים יתגלה על ידי גלאי גלי הכבידה.

ריצות מחשב ענקיות באמצעות נתוני תצפיות

במחקר הנוכחי, החוקרים השתמשו בהסקה בייסיאנית (הרעיון שסבירותה של היפותזה מסוימת נתונה משתנה בהתאם לנתוני התצפיות) בסדרת נתוני עתק הרצה על מחשבי על כדי לחשב את הסבירות לכך שכוכבי נייטרונים מסיביים מכילים גרעיני קווארק. הם עשו זאת על ידי השוואת תחזיותיהם התאורטיות לנתוני תצפיות של כוכבי נייטרונים.

התוצאות הראו כי התחזיות התאורטיות של החוקרים מתאימות היטב לנתוני התצפיות כאשר מניחים שקוורקים קיימים במרכזי כוכבי הניטרונים המסיביים ביותר.

השלכות המחקר

המחקר הנוכחי מספק עדויות נוספות לכך שקוורקים עשויים להיות קיימים במרכזי כוכבי ניטרונים מסיביים. אם תוצאות אלה יאומתו על ידי מחקר נוסף, הן יהיו בעלות השלכות משמעותיות לפיזיקת החלקיקים גרעינית.

אם יאושר קיומו, החומר הקווארקי יהיה שהוא שלב חדש של חומר הצפוי להתקיים בתנאים של צפיפות גבוהה מאוד. הן גם יספקו מידע חדש על התכונות של הקווארקים, שיכול לשמש כדי לבחון מודלים תאורטיים של פיזיקת החלקיקים.

החוקרים ממשיכים לחקור את הנושא, ומקווים שיום אחד יוכלו לאשר את קיומם של גרעיני קווארק באופן סופי.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• אסטרונומים גילו מיזוג של חור שחור וכוכב נייטרונים, ואז עוד אחד אחרי עשרה ימים בלבד
• מיזוג כוכבי נייטרונים – פריצת הדרך של השנה על פי המגזין SCIENCE
• שוד פלנטרי: אסטרונומים מגלים שכוכבים יכולים לגנוב כוכבי לכת
• האם גלי כבידה יוכלו להאיר על קצב התפשטות היקום?
• שני אירועי גלי כבידה בתוך 10 ימים: התגלו חורים שחורים שאוכלים כוכבי נייטרונים – “כמו פק-מן”