|
Слияния нейтронных звезд раскрывают тайны кварковой материи
|
|
|
|
Нейтронные звезды - это остатки старых звезд, у которых закончилось ядерное топливо и которые подверглись взрыву сверхновой и последующему гравитационному коллапсу. Хотя их столкновения — или бинарные слияния — редки, когда они все же происходят, эти бурные события могут нарушить само пространство-время, создавая гравитационные волны, которые можно обнаружить на Земле с расстояния в сотни миллионов световых лет.
|
|
|
|
Во время слияния нейтронных звезд звезды быстро меняют форму и нагреваются, вызывая изменения в состоянии вещества внутри них. В результате слияния может также образоваться кварковая материя, в которой элементарные частицы кварки и глюоны, обычно заключенные в протонах и нейтронах, высвобождаются и начинают свободно перемещаться.
|
|
|
|
Профессор Алекси Вуоринен (Aleksi Vuorinen) из Университета Хельсинки объясняет, как за последние годы значительно продвинулось наше понимание свойств отдельных нейтронных звезд. Однако мы все еще не до конца понимаем, что происходит при достижении максимальной плотности или в динамических условиях.
|
|
|
|
"Описание слияний нейтронных звезд является особенно сложной задачей для теоретиков, поскольку все традиционные теоретические инструменты, по-видимому, так или иначе не работают в этих зависящих от времени и по-настоящему экстремальных системах", - объясняет Вуоринен.
|
|
Определение объемной вязкости на основе теории струн |
|
|
|
Одним из ключевых понятий при изучении слияний нейтронных звезд является объемная вязкость вещества нейтронных звезд, которая описывает, насколько сильно взаимодействие частиц препятствует течению в системе.
|
|
|
Совместно со своими зарубежными коллегами исследователи из Хельсинкского университета успешно определили объемную вязкость плотной кварковой материи, объединив два различных теоретических метода. Один из использованных подходов был основан на теории струн, в то время как другой основан на теории возмущений, классическом методе квантовой теории поля.
|
|
|
|
В общем, различные значения вязкости описывают, насколько "липким" является поток данной жидкости. Наиболее известным примером является вязкость при сдвиге, влияние которой можно наблюдать в потоке таких веществ, как мед и вода: мед течет медленно из-за своей высокой вязкости, в то время как вода течет быстрее из-за своей более низкой вязкости.
|
|
|
|
Объемная вязкость, с другой стороны, описывает потерю энергии в системе, которая подвергается радиальным колебаниям, что означает, что ее плотность периодически увеличивается и уменьшается. Именно такие колебания происходят в нейтронных звездах и их слияниях, что делает объемную вязкость наиболее важным коэффициентом переноса при слиянии нейтронных звезд.
|
|
|
|
В их исследовании, недавно опубликованном в журнале Physical Review Letters, объемная вязкость кварковой материи была определена двумя способами: с использованием так называемой двойственности AdS/CFT, обычно называемой голографией, и теории возмущений.
|
|
|
|
В голографии свойства сильно связанных квантовых теорий поля определяются путем изучения гравитации в многомерном искривленном пространстве. В случае кварковой материи это позволяет описать систему при плотностях и температурах, присущих столкновениям нейтронных звезд, где взаимодействия квантовой хромодинамики (КХД), теории сильного ядерного взаимодействия, очень сильны. Однако по техническим причинам этот метод не может непосредственно описать КХД, а скорее исследует феноменологическую модель с очень похожими свойствами.
|
|
|
|
Другой метод, используемый в новой работе, теория возмущений, является, пожалуй, наиболее широко используемым инструментом в теоретических исследованиях в области физики элементарных частиц. При таком подходе физические величины определяются в виде степенных рядов в константе связи теории, которая описывает силу взаимодействия. Этот метод может непосредственно описывать КХД, но применим только при плотностях, намного превышающих те, которые наблюдаются в нейтронных звездах.
|
|
|
|
К радости исследователей, эти два метода привели к очень похожим результатам, подтвердив идею о том, что в кварковой материи объемная вязкость достигает максимума при значительно более низких температурах, чем в ядерной материи.
|
|
|
|
"Эта информация помогает нам понять поведение вещества нейтронных звезд во время их слияния", - говорит научный сотрудник Академии Ристо Паателайнен из Хельсинки.
|
|
|
|
"Эти результаты могут также помочь в интерпретации будущих наблюдений. Мы могли бы, например, поискать вязкие эффекты в будущих данных о гравитационных волнах, и их отсутствие могло бы выявить образование кварковой материи при слиянии нейтронных звезд", - добавляет преподаватель университета Нико Йокела.
|
|
|
|
Источник
|
