Sanatçının büyük bir nötron yıldızı içindeki farklı katmanlara ilişkin izlenimi; kırmızı daire, oldukça büyük bir kuark-madde çekirdeğini temsil ediyor. Kredi bilgileri: Jyrki Hokkanen, CSC
Yeni teorik analiz, devasa nötron yıldızlarının serbest kuark maddesi çekirdeklerini gizleme olasılığını yüzde 80 ile 90 arasında gösteriyor. Bu sonuca, Bayes istatistiksel çıkarımını kullanan devasa süper bilgisayar çalışmaları yoluyla ulaşıldı.
Nötron yıldızı çekirdekleri, günümüz Evreninde ulaşılan en yüksek yoğunluktaki maddeyi içerir; 25 km çapındaki bir kürenin içine sıkıştırılmış iki güneş kütlesi kadar madde içerir. Bu astrofiziksel nesneler gerçekten de yerçekiminin çekirdeklerini tek tek proton ve nötronlarınkini kat kat aşan yoğunluklara sıkıştırdığı dev atom çekirdekleri olarak düşünülebilir.
Bu yoğunluklar nötron yıldızlarını parçacık ve nükleer fizik açısından ilgi çekici astrofiziksel nesneler haline getirmektedir. Uzun süredir devam eden açık bir sorun, nötron yıldızlarının muazzam merkezi basıncının, protonları ve nötronları, soğuk kuark maddesi olarak bilinen maddenin yeni bir aşamasına sıkıştırıp sıkıştıramayacağıyla ilgilidir. Maddenin bu egzotik halinde, bireysel protonlar ve nötronlar artık mevcut değil.
Helsinki Üniversitesi teorik parçacık fiziği profesörü Aleksi Vuorinen şöyle açıklıyor: “Onları oluşturan kuarklar ve gluonlar tipik renk sınırlamalarından kurtuluyor ve neredeyse serbestçe hareket etmelerine izin veriliyor.”
Sanatçının büyük bir nötron yıldızı içindeki farklı katmanlara ilişkin izlenimi; kırmızı daire, oldukça büyük bir kuark-madde çekirdeğini temsil ediyor. Kredi bilgileri: Jyrki Hokkanen, CSC
Güçlü Bir Aşama Geçişi Hala Günü Mahvedebilir
Dergide yeni yayınlanan bir makalede Doğa İletişimiHelsinki Üniversitesi merkezli bir ekip, büyük nötron yıldızlarının içindeki kuark madde çekirdeklerinin olasılığına ilişkin ilk kez niceliksel bir tahmin sağladı. Mevcut astrofiziksel gözlemlere dayanarak, en büyük nötron yıldızlarında kuark maddesinin neredeyse kaçınılmaz olduğunu gösterdiler: Ekibin çıkardığı niceliksel bir tahmin, olasılığı yüzde 80-90 aralığına yerleştirdi.
Tüm nötron yıldızlarının yalnızca nükleer maddeden oluşması için kalan küçük olasılık, nükleer maddeden kuark maddeye geçişin, sıvı suyun buza dönüşmesine bir şekilde benzeyen, güçlü bir birinci dereceden faz geçişi olmasını gerektirir. Nötron yıldızı maddesinin özelliklerindeki bu tür hızlı değişim, yıldızı öyle bir istikrarsızlaştırma potansiyeline sahiptir ki, küçücük bir kuark madde çekirdeğinin oluşması bile yıldızın çökerek büyük bir kütleye dönüşmesine neden olabilir. Kara delik.
Finlandiya, Norveç, Almanya ve ABD’den bilim insanları arasındaki uluslararası işbirliği, kuark madde çekirdeklerinin varlığının bir gün nasıl tamamen doğrulanabileceğini veya reddedilebileceğini daha da göstermeyi başardı. Anahtar, nükleer ve kuark maddesi arasındaki faz geçişinin gücünü sınırlayabilmektir; bu, ikili maddenin son kısmından gelen yerçekimsel dalga sinyali alındığında mümkün olması beklenir. nötron yıldızı birleşme bir gün kaydedildi.
Devasa Süper Bilgisayar Gözlemsel Verileri Kullanarak Çalışıyor
Yeni sonuçların elde edilmesinde önemli bir bileşen, Bayes çıkarımını kullanan bir dizi devasa süper bilgisayar hesaplamasıydı; bu, gözlemsel verilerle doğrudan karşılaştırma yoluyla farklı model parametrelerinin olasılıklarının çıkarıldığı bir istatistiksel çıkarım dalıdır. Araştırmanın Bayes bileşeni, araştırmacıların nötron yıldızı maddesinin özellikleri için yeni sınırlar elde etmelerine olanak tanıdı ve onların, en büyük kararlı nötron yıldızlarının çekirdeklerine yakın sözde konformal davranışa yaklaştıklarını gösterdi.
Makalenin baş yazarlarından biri olan Dr. Joonas Nättilä, çalışmayı astrofizik, parçacık ve nükleer fizik ile bilgisayar bilimi alanlarında uzmanlık gerektiren disiplinlerarası bir çalışma olarak tanımlıyor. Mayıs 2024’te Helsinki Üniversitesi’nde Doçent olarak göreve başlayacak.
“Her yeni nötron yıldızı gözleminin, nötron yıldızı maddesinin özelliklerini artan bir kesinlikle çıkarmamızı nasıl sağladığını somut olarak görmek büyüleyici.”
Nättilä ve Vuorinen’in rehberliğinde çalışan doktora öğrencisi Joonas Hirvonen ise yüksek performanslı bilişimin önemini vurguluyor:
“Teorik tahminlerimizi gözlemlerle karşılaştırabilmek ve kuark-madde çekirdeklerinin olasılığını sınırlandırabilmek için milyonlarca CPU saati süper bilgisayar zamanı kullanmak zorunda kaldık. İhtiyacımız olan tüm kaynakları bize sağladığı için Finlandiya süper bilgisayar merkezi CSC’ye son derece minnettarız!
Referans: Eemeli Annala, Tyler Gorda, Joonas Hirvonen, Oleg Komoltsev, Aleksi Kurkela, Joonas Nättilä ve Aleksi Vuorinen, 19 Aralık 2023, “Güçlü şekilde etkileşen madde, büyük nötron yıldızlarında sınırlandırılmamış davranış sergiler”, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038/s41467-023-44051-y