Вода или мед: что происходит с кварковой материей при слиянии нейтронных звезд
Международная команда физиков, по ее собственному заявлению, на шаг приблизила человечество к пониманию тех экзотических процессов, которые протекают внутри нейтронных звезд в момент их столкновения. Тем самым был с высокой вероятностью разрешен парадокс, связанный с температурой и вязкостью сверхплотной кварковой материи.
Плотность «трупов» массивных светил — нейтронных звезд — такова, что внутри них не могут существовать даже отдельные ядра атомов, быстро распадающиеся на бурлящий коктейль из протонов, электронов и нейтронов. Но это на поверхности. В недрах материя может оказаться еще более сжатой и принимать совершенно экзотические формы — например, кварк-глюонной плазмы. Долгое время было неясно, как эти глубинные слои ведут себя при столкновениях сверхплотных космических тел друг с другом, рябь от которых на поверхности пространства-времени доходит до нас в виде гравитационных волн.
За непростую задачу удаления белых пятен из этого феномена взялся коллектив, объединяющий физиков от Мексики до Северной Европы. Особо интересным, с точки зрения ученых, являлся фактор объемной вязкости вещества нейтронных звезд — описывающий, насколько сильно потоку в системе мешает взаимодействие частиц. Другими словами, ведет ли себя находящаяся в их ядрах материя скорее как текучая вода, или как чрезвычайно липкий и тягучий мед.
«Описание слияний нейтронных звезд имеет особую сложность для физиков-теоретиков, поскольку все их традиционные инструменты, по всей видимости, так или иначе выходят из строя в этих по-настоящему экстремальных системах», — отметил руководитель исследования, профессор Хельсинского университета Алекси Вуоринен.
В своем исследовании вязкости внутреннего вещества нейтронных звезд ученые задействовали одновременно две, абсолютно разные теоретические модели, тем самым подойдя к решению проблемы с противоположных сторон. Первая из них опиралась на теорию струн, а другая — на классическую квантовую теорию поля (точнее, ее аспект, называемый теорией возмущений). Промежуточной задачей было описать потерю энергии звездой в случае радиальных колебаний, которая, в свою очередь, напрямую зависит от объемной вязкости.
К немалому удовольствию исследователей, оказалось, что оба метода удивительно тождественны и привели к чрезвычайно близким результатам. Вывод однозначен: объемная вязкость кварковой материи внутри нейтронной звезды выходит на пик при значительно более низких температурах, чем ядерная материя. Таким образом, в изучении поведения этих экзотических звезд во время слияний заполнен огромный пробел. А в будущем данные о вязкостных эффектах можно будет извлекать напрямую из особенностей гравитационных волн.
