Je tam kvarkové jádro? Kredit: Jyrki Hokkanen, CSC - IT Center for Science

V nitru neutronových hvězd se ukrývá hmota o zřejmě nejvyšší hustotě v dnešním vesmíru. Není divu, když celá neutronová hvězda představuje plus mínus dvě Slunce nacpané do koule o velikosti cca 24 kilometrů. Z jistého úhlu pohledu je neutronová hvězda jedno jediné atomové jádro, v němž se mačká ohromné množství protonů a neutronů.

Aleksi Vuorinen. Kredit: Maarit Kytöharju / University of Helsinki.

Astrofyziky pochopitelně neutronové hvězdy fascinují, ale zároveň se s nimi pojí řada doposud nezodpovězených otázek. Jednou z nich je i to, jak moc hustá hmota uvnitř neutronových hvězd vlastně je. Je až tak hustá, že rozmělňuje protony a neutrony do další, velmi exotické fáze hmoty, takzvané chladné kvarkové hmoty (Cold quark matter)? O existenci takové hmoty vedou vědci již dlouho spory.

Logo. Kredit: University of Helsinki.

Pokud je reálná, tak v ní už vlastně protony ani neutrony jako takové neexistují. Jak říká Aleksi Vuorinen z Helsingin yliopisto, ve kvarkové hmotě by byly osvobozeny součásti, z nichž se protony a neutrony skládají, tedy kvarky a gluony, a mohly by se víceméně volně pohybovat.

Jak ale zjistit, zda v sobě neutronové hvězdy mají kvarkovou hmotu? Neutronovou hvězdu nikdo poblíž nemáme a k žádné se asi jen tak nepodíváme. Vuorinen a jeho kolegové z mezinárodního výzkumného týmu na to nasadili masivní superpočítačové výpočty, které provedli ve finském superpočítačovém centru CSC, a také aktuální astrofyzikální pozorování. S jejich pomocí získali vůbec první kvantitativní odhad pravděpodobnosti výskytu kvarkové hmoty v nitru masivních neutronových hvězd.

Dospěli k tomu, že v těch nejvíce masivních neutronových hvězdách je přítomnost kvarkové hmoty téměř nevyhnutelná. Podle kvantitativních odhadů je to s pravděpodobností 80 až 90 procent. K potvrzení či vyvrácení možné přítomnosti kvarkové hmoty v neutronových hvězdách je podle badatelů nutné analyzovat fázový přechod mezi jadernou a kvarkovou hmotou. K tomu je zase nezbytné důkladně detekovat gravitační signál ze závěrečné fáze splynutí dvou neutronových hvězd. Čas ukáže, jak to s kvarkovou hmotou vlastně je.

Video: Quark matter cores in massive neutron stars by Aleksi Vuorinen

Literatura

University of Helsinky 28. 12. 2023.

Nature Communications 14: 8451.