Кварковая физика прояснила природу гамма-вспышек

Согласно современным представлениям, кварки - это гипотетические частицы, из которых могут состоять все известные элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях (адроны). Кварки, как предполагается, лишены внутренней структуры и в этом смысле могут считаться истинно элементарными частицами, из которых состоит вся материя Вселенной.


Существование кварков доказывают эксперименты по рассеянию электронов высокой энергии на протонах и нейтронах. Кварки существуют в течение чрезвычайно короткого времени, после чего происходит их слияние. Эта нестабильность сильно усложняет процесс их изучения. Для исследования столь малых частиц требуются гигантские дорогостоящие ускорители.


Как сообщает Space Daily, группа астрофизиков под руководством д-ра Рашида Оуда (Rachid Ouyed) из университета Калгари, Канада, а также их коллега д-р Прашанс Джейкумар (Prashanth Jaikumar) из Национальной лаборатории Аргон, Иллинойс, США предложили изучать кварки в космосе, в условиях колоссальной гравитации нейтронных звезд.


Нейтронные звезды - чрезвычайно плотные объекты - чайная ложка их вещества весила бы миллиарды тонн. Такая плотность создает настолько интенсивное давление в ядре звезды, что в некоторых случаях кварки могут преодолевать силы сцепления и переходить в свободное состояние.


Ученые построили теорию, согласно которой, в процессе освобождения кварков нейтронная звезда превращается в так называемую кварк-звезду, что сопровождается высвобождением огромного количества энергии.


Эта теория могла бы объяснить существование загадочного астрофизического явления, известного как вспышки гамма-лучей. Ранее предполагалось, что взрывы сверхновых звезд являются самыми энергоемкими процессами во Вселенной. Теперь известно, что при вспышках гамма-лучей выделяется в 10 раз большая мощность: за нескольких секунд звезда излучает в миллион раз больше энергии, чем Солнце за год. Вспышки гамма лучей наблюдаются уже 40 лет, но до сих пор никто не мог объяснить механизм их возникновения.


Компьютерное моделирование показало, что энергия освобождения кварков вполне сопоставима с энергией гамма-вспышек. Модель позволяет также определить основные характеристики и свойства кварк-звезд.


Быстро вращающиеся нейтронные звезды с массами, в 1,5–1,8 раз превышающими массу Солнца, являются наиболее вероятными кандидатами для превращения в кварк-звезды. Этим требованиям соответствует приблизительно 1% всех известных нейтронных звезд, то есть кварк-звезды должны быть обычным явлением в нашей галактике. Теоретически можно наблюдать два превращения "новой кварк-звезды" каждый день.


Согласно вычислениям, ядро тяжелых нейтронных звезд с сильным магнитным полем может распасться на кварки в течение нескольких часов после рождения; для тяжелых нейтронных звезд со средними магнитными полями этот процесс может потребовать около тысячи лет - сравнительно небольшой период времени в космическом масштабе. Магнитное поле звезды меняется при распаде ее ядра на кварки.


Теоретически, излучение кварк-звезды ничем не должно отличаться от излучения нейтронной звезды, кроме отсутствия эмиссии в радиодиапазоне. На данный момент уже обнаружено 7 нейтронных звезд, у которых отсутствует радиоизлучение, они даже выделены в специальный класс "радиопассивных звезд". Дальнейшие исследования покажут, действительно ли они являются кварк-звездами.