قد يكون العلماء أقرب من أي وقت مضى إلى حل لغز ما يكمن عميقًا تحت سطح النجوم الميتة فائقة الكثافة والتي تسمى النجوم النيوترونية.
كشف تحليل جديد للكمبيوتر العملاق للنجوم النيوترونية أن هناك احتمالًا يتراوح بين 80% إلى 90% أن تحتوي هذه الأجسام على نوى مليئة بالكواركات الحرة، وهي جسيمات أساسية دون ذرية عادة ما توجد فقط مرتبطة ببعضها البعض في جسيمات أخرى مثل البروتونات والنيوترونات.
تتحد البروتونات والنيوترونات معًا لتشكل نواة الذرات التي تتواجد حولها الإلكترونات. ولكن وفقًا للفريق، إذا كانت نوى النجوم النيوترونية مليئة بالفعل بالكواركات الحرة، فإنها ستتكون من شكل غريب من المادة يُعرف باسم “مادة الكوارك الباردة”. وفي مادة الكوارك الباردة، لا يمكن للبروتونات والنيوترونات الفردية أن توجد. إذن، الذرات لا يمكن أن توجد. الكواركات فقط.
إذا كان هذا صحيحًا، فإنه سيجعل النجوم النيوترونية أقرب إلى النوى الذرية الهائلة بشكل لا يصدق.
“إنه لأمر رائع أن نرى بشكل ملموس كيف أن كل ملاحظة جديدة لنجم نيوتروني تمكننا من استنتاج خصائص مادة النجم النيوتروني بدقة متزايدة”، هذا ما قاله المؤلف الرئيسي للبحث جوناس ناتيلا، الذي على وشك تولي منصب أستاذ مشارك في جامعة هلسنكي. وقال في بيان.
متعلق ب: منجم ذهب من انفجارات الكيلونوفا التي تكونت نتيجة اصطدام النجوم النيوترونية ببعضها البعض
تولد النجوم النيوترونية عندما ينفد الوقود اللازم للاندماج النووي الداخلي الذي يحدث في قلب النجوم التي تتراوح كتلتها بين 10 إلى 20 مرة كتلة الشمس. وينتج عن ذلك توقف الطاقة الخارجية التي حافظت على استقرار النجم لملايين أو حتى مليارات السنين ضد الضغط الداخلي لجاذبيته.
مع الجاذبية المنتصرة في لعبة شد الحبل الكونية هذه، يبدأ قلب النجم في الانهيار. وعندما يحدث هذا، تنفجر المادة الخارجية للنجم، حيث لا يزال الاندماج النووي يحدث، في انفجار سوبر نوفا ضخم.
وهذا يترك النواة النجمية ذات كتلة تتراوح ما بين مرة أو مرتين من كتلة الشمس، متكثفة إلى عرض يبلغ حوالي 12 ميلاً (20 كيلومترًا) فقط.
يؤدي هذا الانخفاض الهائل في حجم ما يُعرف الآن بنجم نيوتروني إلى خلق مادة كثيفة للغاية، حيث يمكن أن تزن كتلة بحجم مكعب السكر حوالي مليار طن إذا تم جلبها إلى الأرض. هذا مكعب سكر يزن ما يعادل 3000 مبنى إمباير ستيت.
إذن السؤال الآن هو، مما تتكون هذه المادة الغريبة بشكل لا يصدق، والتي ربما لا توجد في أي مكان آخر في الكون؟ وبشكل أعم، هل يمكن للظروف في المناطق الأكثر كثافة لهذه النجوم الميتة أن تخلق مرحلة جديدة تمامًا من المادة تسمى مادة الكوارك الباردة الخالية من البروتونات والنيوترونات؟
ولا يستطيع العلماء زيارة النجوم النيوترونية للحصول على عينة من هذه المادة؛ حتى أقرب النجوم النيوترونية تقع على بعد حوالي 400 سنة ضوئية، لذا فإن أفضل شيء تالي هو محاكاة الظروف الموجودة أسفل أسطح النجوم باستخدام مزيج قوي من البيانات الفلكية الفعلية وأجهزة الكمبيوتر العملاقة.
استخدم هذا البحث الجديد نوعًا من الاستدلال الإحصائي يسمى الاستدلال البايزي الذي يحسب احتمالية معلمات النموذج المختلفة عن طريق إجراء مقارنات مباشرة مع بيانات المراقبة.
سمح هذا للفريق بتحديد حدود مادة النجم النيوتروني، مما دفع الطاقم إلى استنتاج وجود مادة الكوارك الباردة بدرجة عالية من الاحتمال. واقترحت الآلية أيضًا وجود حالة من المادة في النجوم النيوترونية وهي “غير نووية”، حيث يُسمح للكواركات بالوجود “غير محصورة” في البروتونات والنيوترونات والجسيمات الأخرى.
وقال أليكسي فورينين، أستاذ الفيزياء النظرية في جامعة هلسنكي، في البيان: “بدلاً من ذلك، يتم تحرير الكواركات والجلونات المكونة لها من حبسها اللوني النموذجي، ويُسمح لها بالتحرك بحرية تقريبًا”.
تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية الفائقة التي أجراها الفريق أيضًا إلى احتمال أقل من 20% بأن المادة داخل النجوم النيوترونية تواجه تغيرًا سريعًا في الحالة من المادة النووية إلى “مادة كوارك”، تقريبًا مثل تغير الماء إلى الجليد. مثل هذا التغيير السريع في المادة يمكن أن يزعزع استقرار النجوم النيوترونية بطريقة يمكن أن تجعل حتى مادة الكوارك الصغيرة تنهار لتولد ثقبًا أسود.
اقترح البحث أيضًا أن وجود نوى مادة الكوارك يمكن تأكيده بالكامل في المستقبل مع بعض التحليلات الإضافية.
سيكون المفتاح لذلك هو تحديد قوة المرحلة الانتقالية من المادة النووية إلى مادة الكواركات، وهو أمر يمكن أن يكون ممكنًا عندما تصبح كاشفات موجات الجاذبية حساسة بما يكفي “لسماع” تموجات صغيرة في الزمكان ناجمة عن اللحظة الأخيرة قبل نجمين نيوترونيين. تدور حول بعضها البعض تصطدم.
ومع ذلك، حتى مع تحسين بيانات الرصد، فإن النماذج الأفضل لنوى النجوم النيوترونية ستظل تتطلب قدرًا هائلاً من القوة الحسابية والوقت.
قصص ذات الصلة:
– جسم كوني غريب تم تحديده على أنه بقايا نجم ميت منفجر
– لا تزال المئات من بقايا المستعر الأعظم مخفية في مجرتنا. يريد هؤلاء الفلكيون العثور عليهم
– “النجوم الأشباح” تطارد مركز مجرة درب التبانة. الآن نحن نعرف السبب
وقال جوناس هيرفونن، عضو الفريق وطالب دراسات عليا في جامعة هلسنكي: “كان علينا استخدام ملايين ساعات وحدة المعالجة المركزية من وقت الكمبيوتر العملاق حتى نتمكن من مقارنة تنبؤاتنا النظرية بالملاحظات وتقييد احتمالية وجود نوى من مادة الكواركات”. البيان.
تم نشر بحث الفريق في ديسمبر في مجلة Nature Communications.