Gwiazdy neutronowe same w sobie są niezwykłymi i ekstremalnymi obiektami. Zawierają materię o największej gęstości występującej obecnie we Wszechświecie. W kuli o promieniu 25 km ściśnięta może być materia nawet o masie dwa razy większej niż masa Słońca. O tych obiektach obrazowo można myśleć jak o wielkich jądrach atomowych, w których grawitacja kompresuje materię do gęstości przekraczających wartości dla indywidualnych protonów lub neutronów.

Te parametry czynią wnętrza gwiazd neutronowych bardzo interesującymi obiektami nie tylko dla astrofizyki, ale także dla fizyki jądrowej i cząstek elementarnych. Jednym z analizowanych od dawna problemów jest kwestia tego, czy ciśnienie w jądrach gwiazd neutronowych jest w stanie skompresować protony i neutrony w nowy stan materii, tzw. zimną materię kwarkową. Według tzw. modelu standardowego w fizyce cząstek elementarnych protony i neutrony są zbudowane z kwarków. W tym egzotycznym stanie materii indywidualne protony i neutrony przestają istnieć, a zamiast tego uwalniają się kwarki i gluony, które mogą się swobodnie poruszać.

Dla sprawdzenia tej możliwości uruchomiono obliczenia na potężnych superkomputerach, oparte o wnioskowanie bayesowskie. Jest to metoda statystyczna, w której prawdopodobieństwo wystąpienia różnych parametrów modelu ocenia się na podstawie porównania z danymi obserwacyjnymi. Umożliwiło to ustalenie nowych ograniczeń dla własności materii w gwiazdach neutronowych.

Wynik obliczeń wskazuje, że prawdopodobieństwo tego, że we wnętrzach masywnych gwiazd neutronowych istnieje zimna materia kwarkowa wynosi 80-90 procent. Pozostałe 10-20 procent szans wskazuje na przypadek, w którym zmiana z materii jądrowej na kwarkową wymaga silnego przejścia fazowego (można to porównać do przejścia wody ze stanu ciekłego w lód), a tak gwałtowna zmiana własności jądra gwiazdy neutronowej powoduje jej destabilizację i zapadnięcie się do czarnej dziury.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Nature Communications”. (PAP)

cza/ zan/