Po čiernych dierach najzvláštnejšie objekty: Vedci našli spôsob, ako nazrieť do neutrónovej hviezdy

Neutrónové hviezdy vznikajú po kolosálnych kozmických explóziách, ktoré poznáme ako supernovy. Považujú sa za degenerovaný pozostatok hviezdneho jadra a ako už ich názov napovedá, skladajú sa prevažne z neutrónov, alebo inak neutrálnych subatomárnych častíc. Po prvýkrát sa myšlienka neutrónovej hviezdy objavila v hlave indického teoretického fyzika, Subrahmanyana Chandrasekhara. Ten o ich existencii uvažoval od roku 1930, približne 37 rokov pred objavom prvej neutrónovej hviezdy.

Neutrónové hviezdy sú od nás mimoriadne vzdialené a keďže ide o malé kozmické objekty, ani naše najmodernejšie teleskopy ich nedokážu zachytiť. Astronómovia by sa radi pozreli do ich vnútra priamo, no zatiaľ sa musia spoliehať na nepriame metódy pozorovania. Vedci z IAS našli novú metódu, ktorá by im mohla v tomto probléme pomôcť. Tou metódou je meranie dominantnej frekvencie, ktorú prestavuje vrchol vo vlnovom spektre.

Túto hodnotu môžu vedci zistiť z gravitačných vĺn. Ide o poruchu v zakrivení časopriestoru, ktorá sa ako vlny šíri rýchlosťou svetla po kolosálnych kozmických zrážkach. Vznikajú pri zlúčení dvoch čiernych dier, ale aj počas kolízie dvoch neutrónových hviezd. Gravitačné vlny vedecké tímy po prvýkrát objavili 11. februára 2016, pomocou detektorov LIGO a Virgo. V tomto prípade išlo o kolíziu dvoch čiernych dier s celkovou hmotnosťou 62-násobku hmotnosti Slnka.

„Aspoň v princípe by sme dominantnú frekvenciu mohli vypočítať zo zaznamenanej gravitačnej vlny, ktorá vyšla z ešte kmitajúcej neutrónovej hviezdy, vzniknutej po zlúčení dvoch menších objektov,“ vysvetľuje Elias Most, jeden z autorov štúdie.

Pohľad dovnútra neutrónovej hviezdy

Až donedávna výskumníci predpokladali, že hodnota nameranej frekvencie by im poskytla aspoň odhad polomeru neutrónovej hviezdy. Predpokladaný „kvázi-univerzálny“ vzťah je však oveľa komplikovanejší, než sa spočiatku zdalo. Nahliadnuť do vnútra neutrónovej hviezdy sa im síce nepodarilo, no získané poznatky využijú v práci s novou generáciou detektorov gravitačných vĺn.

Autori štúdie totiž veria, že už majú cestu k tomu, aby zistili čo sa v neutrónovej hviezde nachádza. Hoci je známe, že sa táto hviezda skladá z neutrónov, teória naznačuje, že v jej jadre môžu prebiehať zaujímavé fyzikálne procesy. Podľa nej sa neutróny v jadre hviezdy rozkladajú na kvarky, ďalší typ subatomárnej častice. Ak je to pravda, potom by neutrónové hviezdy mohli mať v sebe more voľnej kvarkovej hmoty.

Kvarky sa podľa štandardného modelu časticovej fyziky považujú za elementárne častice, z ktorých sa skladajú hadróny, teda protóny a neutróny. Podľa modelu sa zároveň považujú za najmenšie známe častice, z ktorých pozostáva hmota. Teoreticky ich predpovedal v roku 1964 Murray Gell-Mann. Voľné kvarky zatiaľ neboli objavené. Práve preto sa astronómovia pokúšajú nájsť spôsob, ako nazrieť do útrob neutrónovej hviezdy. Objav voľných kvarkov, hlavne v množstve aký sa predpokladá v jadre neutrónovej hviezdy, by sa zaradil medzi významné vedecké objavy. Astronómom by umožnil lepšie pochopiť to, ako vesmír okolo nás funguje.