Очень странная физика: что происходит внутри самых плотных объектов во Вселенной

Об этом пишет Space.

Нейтронные звезды представляют собой ядра звезд, которые взорвались сверхновой и это самые плотные объекты во Вселенной. Обычно нейтронные звезды имеют диаметр примерно 20 км, но их масса в несколько раз больше, чем у Солнца. В самых внешних слоях нейтронных звезд плотность в миллиарды раз больше, чем у алмаза. В ядрах нейтронных звезд огромное давление может раздавить ядра атомов и, возможно, даже протоны и нейтроны, из которых состоят эти ядра.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Гравитация на поверхности нейтронных звезд настолько большая, что самые большие "горы" имеют высоту всего несколько миллиметров. Эти поверхности состоят из тяжелых ядер атомов, сжатых в кристаллическую решетку, среди которых свободно плавают электроны.

Глубже существует еще большая гравитация, которая приводит к появлению экзотической материи. Обычно можно втиснуть только определенное количество нейтронов в ядро атома, прежде чем оно развалится из-за эффектов сильного взаимодействия. Но гравитация нейтронной звезды на глубине примерно в километр позволяет ядрам атомов удерживать сотни нейтронов одновременно.

На глубине более километра даже эти невероятные по размеру ядра атомов распадаются и нейтроны начинают выходить из них. Обычно любые свободные нейтроны распадаются примерно за 15 минут. Но в недрах нейтронной звезды нейтроны остаются стабильными и свободно перемещаются.

На глубине примерно 2 км в нейтронной звезде материя принимает, возможно, самую странную форму. Она называется "ядерная паста". В этой области, где кора переходит в ядро, условия приводят к появлению странных больших комковатых ядер атомов.

Ниже отдельные комки сжимаются вместе в длинные трубки, похожие на спагетти. Затем "спагетти" сплавляются вместе, образуя "лазанью", которая затем сливается в единую однородную массу. Область "ядерной пасты" имеет толщину всего 100 метров, но ее масса в 3000 раз больше, чем у Земли.

Еще ниже ядра атомов разрушаются, так как они не могут поддерживать свои структуры в области с сильнейшей гравитацией. Здесь нейтроны, протоны и некоторые электроны свободно перемещаются. А то, что на самом деле происходит в ядре нейтронной звезды, является предметом многочисленных споров, поскольку местная физика выходит за пределы нашего понимания.

Астрофизики считают, что внешняя область ядра нейтронной звезды представляет собой сверхтекучую среду, где нейтроны могут свободно перемещаться с нулевой вязкостью и нулевым трением. Оставшиеся протоны на этой глубине являются сверхпроводниками, без электрического сопротивления. На этих глубинах протоны и нейтроны сжаты вместе настолько плотно, насколько это возможно. Эта область нейтронной звезды, по сути, представляет собой единое макроскопическое атомное ядро, связанное вместе не сильным взаимодействием, а чистой гравитацией.

Нейтроны в этой области помогают поддерживать звезду в стабильном состоянии и не дают ей сжаться под влиянием гравитации.

О том, что происходит в самых глубоких областях ядра нейтронной звезды, ученые имеют смутное представление. Считается, что плотности в самом внутреннем ядре выше, чем в ядре атома. У ученых нет возможности воссоздать эти условия в лаборатории, поэтому существуют лишь теоретические модели, которые помогают объяснить местную странную физику.

В некоторых моделях нейтроны сохраняют свое сверхтекучее состояние. В других моделях могут возникать различные формы материи, такие как гипероны, дельты и бозонные конденсаты. Это возможно, потому что нейтроны и протоны состоят из более мелких частиц, называемых кварками. В этих условиях кварки могут объединяться по-разному в ситуациях, которые были бы нестабильными в любой другой среде.

В других моделях все протоны и нейтроны полностью распадаются, образуя смесь кварков и глюонов, носителей сильного взаимодействия.

Но все это лишь предположения. Ближайшая нейтронная звезда находится в сотнях световых лет от нас, и даже если бы мы смогли ее вскрыть, то механизмы, которые создают такие экзотические условия, будут разрушены.

Как уже писал Фокус, астрономы обнаружили неизвестное ранее молекулярное облако, в котором должны появиться звезды. Но скорее всего в этом облаке процесс звездообразования не произойдет. Теперь это самое близкое к нам облако молекулярного водорода.