За последнее десятилетие нейтронные звезды и их столкновения стали главным местом для изучения взаимодействий в плотной кварковой материи. Ученые хорошо продвинулись в понимании процессов внутри самих нейтронных звезд. Но что происходит с материей при слиянии таких звезд? Ученые нашли способ смоделировать это.
Нейтронные звезды — массивные и компактные остатки старых звезд, появляющиеся после вспышки сверхновой. В двойных звёздных системах иногда оба светила становятся нейтронными звёздами. Иногда эти остатки сближаются и сливаются, создавая мощные гравитационные волны. От близкого гравитационного взаимодействия звезды нагреваются, форма их искривляется, материя внутри сжимается еще больше. В таких экстремальных условиях протоны и нейтроны распадаются, образуя кварковую материю. по расчетамВероятность существования такой материи внутри «спокойных» нейтронных звезд оценивается в 80-90 процентов. Пока исследователи не могут моделировать работу с ней даже в рамках теоретических расчетов.
Чтобы верно декодировать гравитационные волны от слива двух нейтронных звёзд, астрофизикам нужно знать, как ведёт себя кварковая материя на последней стадии этого процесса.
Теоретикам сложно описать слияния нейтронных звезд: привычные методы не справляются с такими экстремальньми и меняющимися во времени системами. объяснилПрофессор Алекси Вуоринен из Хельсинкского университета.
Для расшифровки гравитационных волн требуются точные модели слияний нейтронных звезд. Создание этих моделей подразумевает формулы диссипации и распределения энергии в материи нейтронной звезды в экстремальных условиях. Главный коэффициент — объемная вязкостьОписание потерь энергии в системе, где плотность постоянно варьируется, то есть вещество периодически сжимается и разжимается. Такой процесс характерен для кварковой материи вблизи быстро вращающихся нейтронных звезд.
Объемная вязкость кварковой материи очень чувствительна к взаимодействиям между кварками. Однако разница значений ее меньше, чем между кварковой и ядерной материей. Следовательно, по объемной вязкости можно определить образование кварковой материи при слиянии нейтронных звезд.
В новой работе, опубликованной в Physical Review LettersУченые рассчитали объемную вязкость кварковой материи, опираясь на два теоретических подхода. голографической дуальности и теории возмущенийПервый метод не может прямо описывать кварковую материю, однако применяется к моделям с похожими характеристиками. Второй подход оперирует кварковой материей, но только в крайне плотной форме, превышающей даже плотность нейтронных звезд.
В исследовании авторы выяснили, как кварковая материя реагирует на изменение пропорций ароматовВнутри нейтронных звезд, при их температурах и плотностях, взаимодействия и изменения ароматов кварков определяют зависимость кварковой материи от температуры. По этим теоретическим расчетам исследователи вывели формулу объемной вязкости для кварковой материи.
Важно: две теории дали похожие формулы. Это позволило подтвердить, что пик объемной вязкости кварковой материи наблюдается при более низких температурах, чем у ядерной материи. Формулы позволят создавать точные модели слияния нейтронных звезд.
Эти выводы позволят интерпретировать результаты наблюдений. Возможно, в будущих данных по гравитационным волнам обнаружатся эффекты вязкости, а их отсутствие укажет на образование кварковой материи при слиянии нейтронных звезд. объяснилНико Джокело – один из создателей нового исследования.