En büyük nötron yıldızlarının muhtemelen kuark maddesi çekirdekleri vardır

Atomlar üç şeyden oluşur: protonlar, nötronlar ve elektronlar. Elektronlar bir tür temel parçacıktır, ancak protonlar ve nötronlar yukarı ve aşağı kuarklardan oluşan bileşik parçacıklardır. Protonlar 2 yukarı ve 1 aşağı, nötronlar ise 2 aşağı ve 1 yukarıya sahiptir. Güçlü kuvvetin tuhaf doğası nedeniyle, bu kuarklar her zaman birbirlerine bağlıdırlar, dolayısıyla en azından boş uzayın boşluğunda hiçbir zaman elektronlar gibi gerçek anlamda özgür parçacıklar olamazlar. Fakat yeni bir çalışma Doğa İletişimi nötron yıldızlarının kalplerinde kendilerini özgürleştirebileceklerini keşfeder.

Nötron yıldızları büyük yıldızların kalıntılarıdır. Bunlar, bir yıldız çekirdeğinin çökerek kara deliğe dönüşmesini engellemek için yapılan son çabalardır. Yoğun bir çekirdeğin tüm nükleer yakıtı tükendikten sonra, yerçekimine karşı koyabilecek tek şey nötronların kuantum basıncıdır. İşte işler burada karmaşıklaşıyor.

Bir nötron yıldızının basit modeli, çekirdeğinin kendi üzerine çökmenin eşiğindeki nötronlarla dolu olduğunu öne sürüyor. Muazzam bir enerjiyle birbirlerine karşı itişebilirler ama yine de nötrondurlar. İçlerindeki kuarklar, nötronların parçalanamayacağı kadar sıkı bağlanmıştır. Ancak bazıları, bu çekimsel sınırda nötronların gevşeyebileceğini ve kuarkların bir tür kuark çorbasına birlikte akmasına izin verebileceğini öne sürdü. Bu, nötron yıldızlarının yoğun bir kuark çekirdeğine sahip olabileceği anlamına gelir.

Ne yazık ki, nötron yıldızları üzerinde deneyler yapamıyoruz ya da Dünya’daki bir nötron yıldızının yoğun nükleer maddesini yaratamıyoruz, ancak durum denklemi aracılığıyla nükleer maddenin ne kadar yoğun davrandığına dair bazı fikirlerimiz var. Durum denklemi, bir malzemenin kütle özelliklerini hesaplamanın bir yoludur ve nötron yıldızları için bu durum denklemi, Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) denklemi olarak bilinir. Tek sorun TOV’un inanılmaz derecede karmaşık bir denklem olmasıdır ve bunu nötron yıldızlarının kuark çekirdeğine sahip olup olmadığını hesaplamak için kullanırsanız alacağınız cevap şu olabilir: belki.

Bu yeni çalışma için ekip farklı bir yaklaşım benimsedi. Durum hesaplamalarının denklemlerini karıştırmak yerine, nötron yıldızlarının kütlesi ve boyutuna ilişkin gözlemsel verileri aldılar ve Bayes istatistiklerini uyguladılar. Bu istatistiksel yöntem, gözlem kalıplarına bakar ve olası senaryoları ince ama güçlü bir şekilde tahmin eder. Bu durumda, eğer nötron yıldızları kuark çekirdeğine sahipse, kuark çekirdeği olmayan nötron yıldızlarından biraz daha yoğundurlar. Küçük nötron yıldızları muhtemelen kuark çekirdeğine sahip olmadığı için, en büyük nötron yıldızları muhtemelen kuark çekirdeğine sahip olduğundan, Bayes analizinde kütle-yoğunluk ilişkisinde bir değişim ortaya çıkmalıdır.

Ekip, kütleleri iki güneşten daha büyük olan büyük nötron yıldızlarının kuark çekirdeğine sahip olma olasılığının yaklaşık %80 ila %90 olduğunu buldu. Görünüşe göre asıl soru kuark yıldızlarının var olup olmadığı değil, kuark yıldızları ile düzenli nötron yıldızları arasındaki geçişin nerede olduğudur.

Adil olmak gerekirse, bu analiz oldukça küçük bir veri örneğine dayanıyordu. Şu anda çoğu nötron yıldızının hem kütlesini hem de yarıçapını bilmiyoruz, ancak bu zamanla değişecek. Daha fazla veriyle kuark maddesi ile yoğun nötron maddesi arasındaki kritik faz kaymasını tespit edebilmeliyiz. Ancak şimdilik bazı nötron yıldızlarının sandığımızdan çok daha tuhaf olduğundan oldukça emin olabiliriz.