Exotický poklad v jádru masivní neutronové hvězdy. Kredit: Jyrki Hokkanen / CSC - IT Center for Science

Vesmír je plný zvláštních objektů. K těm nejvíce extrémním náležejí neutronové hvězdy. A podle týmu finských badatelů ty nejmasivnější z nich mají ve svých jádrech exotický poklad. Když dali teoretické výpočty dohromady s měřením pozorovaných gravitačních vln ze srážek neutronových hvězd, tak jim vyšlo, že velké neutronové hvězdy obsahují kvarkovou hmotu.

Aleksi Vuorinen.

V každodenním životě jsme obklopeni hmotou, která se skládá z atomů. Ty tvoří atomová jádra z hustě poskládaných protonů a neutronů, kolem nichž jako měsíce mikrosvěta krouží na svých oběžných drahách elektrony. Uvnitř neutronových hvězd je to ale jiné. Panují tam natolik extrémní poměry, že tam jsou atomy zhroucené do extrémní formy hmoty. Protony a neutrony jsou tam natolik nahuštěné, že celou neutronovou hvězdu je vlastně možné považovat za jediné gigantické atomové jádro.

Až doposud nebylo příliš jasné, jak vypadá tato extrémní hmota v jádrech nejvíce masivních neutronových hvězd. Astrofyzici měli podezření, že tam hmota zkolabuje do ještě extrémnější podoby hmoty, ve které už ani neexistují atomová jádra – do kvarkové hmoty (quark matter). Aleksi Vuorinen a jeho kolegové jsou přesvědčeni, že tam kvarková hmota doopravdy je.

Srážka neutronových hvězd. Kredit: University of Warwick/Mark Garlick.

Na tomto problému si dříve vylámaly zuby i simulace na superpočítačích. Vuorinenův tým na to šel jinak. Propojili výpočty teoretické částicové a jaderné fyziky s novými astrofyzikálními daty, které přinesla gravitační astronomie. Dospěli přitom k závěru, že u těch největších neutronových hvězd by kvarková hmota mohla tvořit i více než polovinu veškeré hmoty. Zároveň bylo zásadní, že astronomové v nedávné době vystopovali skutečně masivní neutronové hvězdy, jejichž hmotnost se blíží dvojnásobku Slunce a možná jej i těsně překračuje.

Rozhodně jde o významné zjištění. Podle Vuorinena je to téměř jako kdyby skutečně objevili kvarkovou hmotu. Sám Vuorinen ale jedním dechem mírní nadšení. Přiznává, že neutronové hvězdy jsou tak extrémními objekty, že je skutečně obtížné jim porozumět. Prý existuje malá, leč nenulová šance, že se neutronové hvězdy, včetně těch nejvíce masivních, přece jenom skládají „jen“ z jaderné hmoty. Budoucí pozorování neutronových hvězd by měla celou záležitost ještě více vyjasnit.

Video: Aleksi Vuorinen: High density QCD matter from first principles

Literatura

University of Helsinki 1. 6. 2020.

Nature Physics online 1. 6. 2020.