Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Кварк-глюонную плазму предложили искать в столкновениях нейтронных звезд

Карты плотности и температуры для двух сценариев столкновения нейтронных звезд

Lukas R. Weih et al. / Physical Review Letters 124, 171103

Физики смоделировали образование кварк-глюонной плазмы при столкновениях нейтронных звезд. Оказалось, что этому сопутствует характерное нарастание частоты излучаемых системой гравитационных волн, которое могут измерить существующие детекторы. Результаты моделирования помогут обнаружить кварк-глюонную плазму в естественных условиях, пишут ученые в журнале Physical Review Letters.

Кварк-глюонная плазма (или хромоплазма) — это агрегатное состояние вещества, в которое материя переходит при очень высоких температурах. По механизму возникновения оно во многом аналогично обычной плазме. Образование последней связано с ионизацией — то есть  разделением ядер и электронов в атомах. Вещество в целом остается электрически нейтральным, но его отдельные части приобретают электрический заряд. 

При рождении кварк-глюонной плазмы разрушаются уже не атомы, а адроны — более мелкие частицы, которые состоят из трех кварков, обменивающихся глюонами. Кварки несут цветовой заряд (так принято называть их квантовую характеристику), тогда как адроны — нейтральны относительно этого заряда. Бесцветная в общей сложности кварк-глюонная плазма состоит, таким образом, из цветных частиц.

Согласно принятой сейчас теории, Вселенная пребывала в состоянии кварк-глюонной плазмы в интервале 10-11 — 10-6 секунд после Большого взрыва. Исследователи связывают со свойствами такой формы вещества барионную асимметрию — преобладание материи над антиматерией, которое позволило частицам избежать аннигиляции и превратиться в галактики.

Сегодня физики научились кратковременно (на миллиардные доли секунды) получать кварк-глюонную плазму, сталкивая частицы на ускорителях, однако доступной энергии часто не хватает для получения надежных результатов. Проблему могло бы разрешить обнаружение КГП в естественных условия — предполагается, в частности, что она возникает при столкновениях нейтронных звезд. Наблюдения, которые подтвердили бы гипотезу, на данный момент отсутствуют.

Ученые из Франкфуртского университета имени Гёте во главе с Лучано Реццолла (Luciano Rezzolla) решили исследовать гравитационный сигнал, который испускается при рождении кварк-глюонной плазмы в таких столкновениях. Авторы обратились к уравнению состояния ядерной материи (получить его удалось на основе экспериментальных данных). Используя это уравнение, физики смоделировали слияние нейтронных звезд при различных параметрах. При этом исследователи наблюдали за частотой испускаемых гравитационных волн и плотностью в центре образующегося объекта. Последняя величина позволяла обнаружить переход вещества в состояние кварк-глюонной плазмы.

В результате физики выявили самый благоприятный для обнаружения кварк-глюонной плазмы сценарий. В ходе него гипермассивная звезда переходит в метастабильное состояние, избежав коллапса. При этом кварк-глюонная плазма образуется не в момент столкновения, а с задержкой порядка нескольких миллисекунд. Такому процессу соответствует характерный гравитационный сигнал, частота которого после слияния звезд сначала нарастает, а затем стабилизируется. Если излучение такой формы получится наблюдать экспериментально, это подтвердит существование кварк-глюонной плазмы в условиях поздней Вселенной и серьезно расширит возможности ее изучения.

Ранее мы писали о том, как следы кварк-глюонной плазмы нашли в столкновениях протонов и как при помощи гравитационных интерферометров хотят поймать частицы темной материи.

Николай Мартыненко

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.