Дуже дивна фізика: що відбувається всередині найщільніших об'єктів у Всесвіті

Про це пише Space.

Нейтронні зірки являють собою ядра зірок, які вибухнули надновою і це найщільніші об'єкти у Всесвіті. Зазвичай нейтронні зірки мають діаметр приблизно 20 км, але їхня маса в кілька разів більша, ніж у Сонця. У найзовнішніх шарах нейтронних зірок щільність у мільярди разів більша, ніж в алмазу. У ядрах нейтронних зірок величезний тиск може розчавити ядра атомів і, можливо, навіть протони і нейтрони, з яких складаються ці ядра.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Гравітація на поверхні нейтронних зірок настільки велика, що найбільші "гори" мають висоту всього кілька міліметрів. Ці поверхні складаються з важких ядер атомів, стиснутих у кристалічну решітку, серед яких вільно плавають електрони.

Глибше існує ще більша гравітація, яка призводить до появи екзотичної матерії. Зазвичай можна втиснути лише певну кількість нейтронів у ядро атома, перш ніж воно розвалиться через ефекти сильної взаємодії. Але гравітація нейтронної зірки на глибині приблизно в кілометр дозволяє ядрам атомів утримувати сотні нейтронів одночасно.

На глибині понад кілометр навіть ці неймовірні за розміром ядра атомів розпадаються і нейтрони починають виходити з них. Зазвичай будь-які вільні нейтрони розпадаються приблизно за 15 хвилин. Але в надрах нейтронної зірки нейтрони залишаються стабільними і вільно переміщуються.

На глибині приблизно 2 км у нейтронній зірці матерія набуває, можливо, найдивнішої форми. Вона називається "ядерна паста". У цій області, де кора переходить у ядро, умови призводять до появи дивних великих грудкуватих ядер атомів.

Нижче окремі грудки стискаються разом у довгі трубки, схожі на спагеті. Потім "спагеті" сплавляються разом, утворюючи "лазанью", яка потім зливається в єдину однорідну масу. Область "ядерної пасти" має товщину всього 100 метрів, але її маса в 3000 разів більша, ніж у Землі.

Ще нижче ядра атомів руйнуються, оскільки вони не можуть підтримувати свої структури в області з найсильнішою гравітацією. Тут нейтрони, протони і деякі електрони вільно переміщаються. А те, що насправді відбувається в ядрі нейтронної зірки, є предметом численних суперечок, оскільки місцева фізика виходить за межі нашого розуміння.

Астрофізики вважають, що зовнішня область ядра нейтронної зірки являє собою надплинне середовище, де нейтрони можуть вільно переміщатися з нульовою в'язкістю і нульовим тертям. Протони, що залишилися, на цій глибині є надпровідниками, без електричного опору. На цих глибинах протони і нейтрони стиснуті разом настільки щільно, наскільки це можливо. Ця область нейтронної зірки, по суті, являє собою єдине макроскопічне атомне ядро, пов'язане разом не сильною взаємодією, а чистою гравітацією.

Нейтрони в цій області допомагають підтримувати зірку в стабільному стані і не дають їй стиснутися під впливом гравітації.

Про те, що відбувається в найглибших областях ядра нейтронної зірки, вчені мають неясне уявлення. Вважається, що щільність у самому внутрішньому ядрі вища, ніж у ядрі атома. У вчених немає можливості відтворити ці умови в лабораторії, тому існують лише теоретичні моделі, які допомагають пояснити місцеву дивну фізику.

У деяких моделях нейтрони зберігають свій надплинний стан. В інших моделях можуть виникати різні форми матерії, такі як гіперони, дельти і бозонні конденсати. Це можливо, тому що нейтрони і протони складаються з більш дрібних частинок, званих кварками. У цих умовах кварки можуть об'єднуватися по-різному в ситуаціях, які були б нестабільними в будь-якому іншому середовищі.

В інших моделях усі протони і нейтрони повністю розпадаються, утворюючи суміш кварків і глюонів, носіїв сильної взаємодії.

Але все це лише припущення. Найближча нейтронна зірка розташована за сотні світлових років від нас, і навіть якби ми змогли її розкрити, то механізми, які створюють такі екзотичні умови, будуть зруйновані.

Як уже писав Фокус, астрономи виявили невідому раніше молекулярну хмару, в якій мають з'явитися зірки. Але найімовірніше в цій хмарі процес зореутворення не відбудеться. Тепер це найближча до нас хмара молекулярного водню.