Experti objavili novú fázu hmoty v mysterióznych neutrónových hviezdach: Protóny a neutróny sa deformujú na platne a vlákna

Neutrónové hviezdy sú extrémne a tajomné kozmické objekty. S polomerom okolo dvanástich kilometrov majú niektoré z nich viac ako dvojnásobok hmotnosti Slnka. Hmota v nich je až päťkrát hustejšia ako v atómovom jadre a popri čiernych dierach sú to najhustejšie objekty vo vesmíre. V extrémnych podmienkach môže hmota nadobudnúť exotické stavy. Jednou z hypotéz je, že protóny a neutróny sa deformujú na platne a vlákna, podobne ako lasagne alebo špagety, a preto odborníci hovoria aj o „jadrových cestovinách“.

Neutrónové hviezdy vznikajú, keď masívne hviezdy explodujú v supernove. 

Zatiaľ čo vonkajší obal hviezdy je vymrštený do vesmíru, jej vnútro sa zrúti. Enormná gravitácia doslova rozdrví atómy. Napriek vzájomnému odpudzovaniu sú záporne nabité elektróny pritlačené tak blízko ku kladne nabitým protónom v atómovom jadre, že sa premenia na neutróny.

Silná jadrová sila potom zabráni ďalšiemu kolapsu. Nakoniec sa vytvorí objekt, ktorý pozostáva z približne 95 percent neutrónov a piatich percent protónov.

Vedci z Darmstadtu pod vedením Achima Schwenka sú odborníkmi na teoretickú jadrovú fyziku, pričom neutrónové hviezdy sú jedným z ich najdôležitejších výskumných objektov.

Naposledy pracovali na analýze vonkajších vrstiev týchto extrémnych a záhadných kozmických objektov. V ich vonkajšej kôre nie je hmota ani zďaleka taká hustá ako vo vnútri a atómové jadrá stále existujú, čo je prekvapujúce zistenie.

So zvyšujúcou sa hustotou je v atómových jadrách prebytok neutrónov. Neutróny „odkvapkávajú“ z jadier, jav sa nazýva „kvapkanie neutrónov“. Atómové jadrá „plávajú“ v akejsi omáčke vyrobenej z neutrónov.

„Pýtali sme sa sami seba, či z jadier okrem neutrónov kvapkajú aj protóny,“ hovorí Achim Schwenk.

Tím s Jonasom Kellerom a Kaiom Hebelerom z TU Darmstadt a Christopherom Pethickom z Inštitútu Nielsa Bohra v Kodani prepočítal stav jadrovej hmoty za podmienok v kôre neutrónovej hviezdy. Na rozdiel od minulosti do svojich výpočtov nezahrnuli len interakcie medzi dvoma jadrovými stavebnými blokmi, ale aj interakcie medzi tromi nukleónmi.

Metóda bola úspešná a výskumníkom sa podarilo preukázať, že protóny vo vnútornej kôre „vytekajú“ aj z atómových jadier. Takže „kvapkanie protónov“ existuje.

Táto fáza, pozostávajúca z protónov, koexistuje v rovnováhe s neutrónmi. „Podarilo sa nám tiež ukázať, že táto fáza podporuje fenomén jadrových „cestovín,“ hovorí Schwenk. Vďaka protónom nasypaným do „omáčky“ môžu nukleóny lepšie existovať v tvare špagiet a lasagní.

To umožnilo tímu spresniť obraz jadrovej hmoty v kôre neutrónových hviezd.

„Čím lepšie dokážeme opísať neutrónové hviezdy teoreticky, tým viac ich môžeme porovnať s astronomickým pozorovaniami týchto objektov,“ hovorí Schwenk.

Neutrónové hviezdy sú astrofyzikálne ťažko pochopiteľné. Napríklad ich veľmi malý polomer nie je známy z priameho pozorovania, ale z nepriamych dôkazov, ako je ich gravitačný účinok na iné neutrónové hviezdy.

Je však možné pozorovať aj iné javy, ako napríklad pulzujúce rádiové emisie z neutrónových hviezd. Výsledok páce tímu zlepšuje teoretické pochopenie neutrónových hviezd a mohol by pomôcť získať nové poznatky o týchto záhadách kozmu z astrofyzikálnych meraní.