Ученые выясняют, как будет выглядеть фазовый переход, при котором нейтроны растворяются в своих составляющих: кварках и глюонах, в гравитационной волне, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Physical Review Letters.
Возможность измерить гравитационные волны двух сливающихся нейтронных звезд дала возможность ответить на некоторые фундаментальные вопросы о структуре вещества. При чрезвычайно высоких температурах и плотностях в результате слияния ученые предполагают наличие фазового перехода, при котором нейтроны растворяются в своих составляющих: кварках и глюонах.
Кварки - самые маленькие строительные блоки материи - никогда не появляются в природе в одиночестве. Они всегда тесно связаны внутри протонов и нейтронов. Однако нейтронные звезды, весящие столько же, сколько Солнце, но размером с такой город, как Франкфурт, обладают настолько плотным ядром, что может произойти переход от нейтронного вещества к материи кварка. Физики называют этот процесс фазовым переходом, похожим на переход жидкость-пар в воде. В частности, такой фазовый переход в принципе возможен, когда сливающиеся нейтронные звезды образуют очень массивный метастабильный объект с плотностями, превышающими плотность атомных ядер, и с температурами в 10000 раз выше, чем в ядре Солнца.
Измерение гравитационных волн, испускаемых сливающимися нейтронными звездами, могло бы служить предвестником возможных фазовых переходов в космическом пространстве. Фазовый переход должен оставить характерную сигнатуру в гравитационно-волновом сигнале. Исследовательские группы из Франкфурта, Дармштадта, Огайо и Вроцлава использовали современные суперкомпьютеры для расчета того, как может выглядеть эта подпись. Для этого они использовали разные теоретические модели фазового перехода.
Если фазовый переход чаще происходит после фактического слияния, небольшое количество кварков будет постепенно появляться по всему объекту, ставшему результатом слияния. «С помощью уравнений Эйнштейна мы смогли впервые показать, что это тонкое изменение в структуре будет вызывать отклонение в сигнале гравитационной волны, пока вновь образованная массивная нейтронная звезда не упадет под собственным весом, образуя черную дыру», - объясняет Лучано Реццолла - профессор теоретической астрофизики в университете Гете.
В компьютерных моделях доктора Андреаса Баусвейна из Института тяжелых ионов в Дармштадте фазовый переход уже происходит непосредственно после слияния - ядро кварковой материи образуется внутри центрального объекта. «Нам удалось показать, что в этом случае произойдет отчетливый сдвиг частоты сигнала гравитационной волны, - говорит Баусвейн. - Таким образом, мы определили измеримый критерий фазового перехода в гравитационных волнах слияния нейтронных звезд в будущем».
Не все детали гравитационно-волнового сигнала измеримы с помощью
детекторов тока. Однако они станут заметны как для следующего
поколения детекторов, так и для случая слияния, относительно
близкого нам. Дополнительный подход к ответу на вопросы о материи
кварков предлагается в двух экспериментах: путем столкновения
тяжелых ионов на существующей установке HADES в Институте тяжелых
ионов и на будущем детекторе CBM в Центре исследований
антипротонов и ионов (FAIR), который в настоящее время находится
в стадии строительства. в GSI будет производиться сжатое ядерное
вещество. В столкновениях может быть возможно создать температуры
и плотности, подобные тем, которые происходят при слиянии
нейтронных звезд. Оба метода позволяют по-новому взглянуть на
возникновение фазовых переходов в ядерной материи и,
следовательно, на ее фундаментальные свойства.
[Фото: eurekalert.org]
