By Середина нейронних зірок – найбільш густа форма матерії у Всесвіті – уже давно становить загадку для науковців, котру, можливо, вдасться розгадати вже невдовзі – пише Клара Московіц у журналі Scientific American.
Коли зірка, вага якої дорівнює двадцяти масам Сонця, помирає, то, за словами астрофізика Завена Арзуманяна, вона стає “найбільш шокуючим об’єктом, про який більшість людей ніколи й не чула” – нейронною зіркою. У таких космічних тілах нейрони, що важать як дві маси Сонця, стиснуті до площі міста. Фрагмент нейронної зірки завбільшки із м’ячик для настільного тенісу важив би понад мільярд тонн. Припускаємо, що у нейронній зірці потужна сила гравітації стискає докупи протони і електрони, утворюючи з них нейрони.
Астрономи ніколи не бачили нейронної зірки зблизька, та й жодна земна лабораторія не може створити матерію такої високої густини. Саме тому внутрішня структура нейронних зірок залишається однією з найбільших космічних таємниць. “Ці зірки складаються із стабільної матерії найвищої густини, яку лиш допускає натура, творячи конфігурацію, якої ми не розуміємо”, – каже Арзуманян, який працює в Goddard Space Flight Center, що входить до NASA. Вони є тією формою матерії, яка творить найсильніше гравітаційне поле: якщо б збільшити їхню масу навіть трішки, вони б стали чорними дірами, тобто об’єктами, які в принципі вже не є матерією, а лише викривленим простором. “Ми намагаємось вивчити, що відбувається на тій межі”, – стверджує Арзуманян.
Яка форма матерії міститься у нейронних зірках і якими є її властивості? Згідно з деякими гіпотезами, у тих зірках містяться звичайні нейрони, можливо, із незначним додатком протонів. Але існують ще й концепції, відповідно до яких нейрони в таких зірках розпадаються на складники, котрі перебувають у вільному польоті – кварки і глуони. Можливо, внутрішня частина нейронних зірок збудована з іще більш незвичайної матерії, тобто з гіперонів – часток, які складаються не зі звичних для атомів нормальних кварків верхніх і нижніх, а з їхніх важчих кузенів, тобто кварків дивних.
Але як науковці мають дізнатися правду, коли вони не можуть розрізати зірку і заглянути в її середину? Перелом наступив у серпні 2017 року, коли наземні обсерваторії зареєстрували гравітаційні хвилі – зморшки часопростору, викликані прискоренням масивних об’єктів – котрі виглядали, немов ефект лобового зіткнення двох нейронних зірок. Ці хвилі надали інформацію про масу і розміри зірок саме перед катастрофою. Завдяки їм було отримано нові обмеження на фізичні параметри цих потвор, а відтак і на властивості матерії, з якої вони складаються. Інші вказівки науковцям постачає Дослідник будови середини нейронних зірок (Neutron Star Interior Composition Explorer; NICER). Такий експеримент проводиться на Міжнародній космічній станції від червня 2017 року. NICER спостерігає за пульсарами, тобто нейронними зірками з сильним магнетичним полем, які зазнають дуже швидкої ротації. Вони висилають пучки променів, котрі можуть досягти Землі. Тоді ми бачимо пульсування, що з’являється і зникає у неймовірному темпі: найшвидший пульсар виблискує понад 700 разів на секунду. Завдяки цим та іншим спостереженням нарешті з’явилася перспектива вивчення процесів, котрі відбуваються у тих дивовижах. Якщо науковцям це вдасться, то вони зможуть зрозуміти не лише цю космічну особливість, а ще й визначити фундаментальні обмеження для матерії та гравітації.
