Ядра нейтронных звезд представляют собой материю с самой высокой плотностью в нашей Вселенной: две солнечные массы материи сжаты внутри сферы диаметром 25 км. Эти астрофизические объекты можно рассматривать как гигантские атомные ядра, где гравитация сжимает их ядра до плотностей, превышающих плотности протонов и нейтронов.
Нейтронные звезды представляют интерес для астрофизики и физики элементарных частиц из-за своей экстремальной плотности. Одна из древних задач заключается в том, может ли давление в центре нейтронной звезды привести к появлению новой фазы материи, известной как холодная кварковая материя. Это состояние предполагает освобождение кварков и глюонов от традиционных ограничений, существующих в ядрах.
В новой статье, опубликованной в Nature Communications, группа исследователей из Хельсинкского университета предоставила первую количественную оценку вероятности наличия кварковой материи внутри нейтронных звезд. Основываясь на текущих астрофизических данных, вероятность этого состояния в самых массивных нейтронных звездах оценивается в 80-90%.
Оставшаяся небольшая вероятность того, что нейтронные звезды состоят исключительно из ядерной материи, предполагает, что переход от ядерной к кварковой материи должен быть сильным фазовым переходом первого рода, аналогичным замерзанию воды в лед. Такой переход может привести к дестабилизации звезды и даже к образованию черной дыры.
Международное сотрудничество ученых из Финляндии, Норвегии, Германии и США позволило провести массивные суперкомпьютерные вычисления с использованием байесовского вывода. Этот подход позволил сравнить теоретические предсказания с наблюдениями и оценить вероятность существования кварковой материи в нейтронных звездах.
Доктор Йоонас Няттиля, один из авторов статьи, подчеркнул междисциплинарный характер исследования, объединившего знания астрофизики, физики элементарных частиц и ядерной физики. Новые результаты обеспечивают понимание свойств материи внутри нейтронных звезд, приближаясь к конформному поведению вблизи ядер самых массивных стабильных нейтронных звезд.
Аспирант Йоонас Хирвонен отметил важность высокопроизводительных вычислений, которые потребовали миллионы часов процессорного времени суперкомпьютера. Благодарность выражается Финскому суперкомпьютерному центру CSC за предоставление необходимых ресурсов для успешной реализации исследования.
