Нейтронные звезды могут иметь странные «сердца»
Экзотическая теория атомного ядра отвечает на два вопроса. Исследование гиперядер одновременно подтверждает симметрию природы и позволяет понять, что скрывается внутри сверхплотных нейтронных звезд.
Гиперядро или, как его еще называют, гипертритон является двойником антигипертритона — антиматерной версии ядра. Как пишут исследователи STAR Collaboration, оба они имеют одинаковую массу.
В гиперядре протон или нейтрон были заменены частицей, называемой гипероном. Подобно протонам и нейтронам, гипероны состоят из трех меньших частиц, называемых кварками. В то время как протоны и нейтроны содержат восходящие и нисходящие кварки, гипероны содержат, по крайней мере, один кварк, называемый странным кварком.
Сопоставление масс гипертритонов и антигипертритонов физическую основу — симметрию заряда, четности и обращения времени, или СРТ-симметрию. Чтобы ее визуализировать, представьте себе, что вы берете Вселенную и меняете все ее частицы на противоположные частицы антивещества, делая некое зеркальное отображение. Физики считают, что если так можно было бы сделать в реальности, то Вселенная вела бы себя так же, как и ее не перевернутая версия. Если бы ученые обнаружили, что СРТ-симметрия не выполняется, им пришлось бы пересмотреть все свои теории Вселенной.
До сих пор ученые не нашли никаких намеков на нарушение CPT-симметрии. Проверка же верности теории в ядрах прежде никогда не производилась. «Вполне возможно, что нарушение симметрии скрывалось бы в данном маленьком уголке вселенной и никогда не было бы обнаружено», — говорит физик Деклан Кин из Кентского государственного университета в Огайо. Но равные массы гипертритонов и антигипертритонов, обнаруженные в ходе экспериментов на релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне (штат Нью-Йорк), означают, что СРТ-симметрия действительно существует.
В ходе эксперимента исследователи также определили, сколько энергии требуется для высвобождения гиперона из гиперядра: около 0,4 миллиона электрон-вольт. Предыдущие измерения, которым уже десятки лет, предполагали, что величина, называемая энергией связи, значительно ниже — менее 0,2 миллиона электрон-вольт.
Новый результат может изменить взгляд ученых на нейтронные звезды, эти останки взорвавшихся звезд, плотных и небольших по размеру. Ядра нейтронных звезд настолько плотные, что воссоздать находящееся в них вещество в лабораторных экспериментах невозможно, говорит Морган Фортин из Астрономического центра имени Николая Коперника Польской академии наук в Варшаве. Но что же находится в самом центре нейтронных звезд?
Некоторые ученые считают, что ядра нейтронных звезд могут содержать гипероны —элементарные частицы с минимум одним s-кварком, но без более тяжелых с- и b-кварков, то есть, с ненулевой странностью. Присутствие гиперонов «смягчает» вещество внутри нейтронных звезд, а «более мягкие» нейтронные звезды схлопываются в черные дыры. Поэтому в теории нейтронные звезды не могут быть массивными. Эта особенность затрудняет объяснение того, что в космосе существуют достаточно большие нейтронные звезды, чья масса равняется примерно массе двух Солнц, но при этом их ядро наполнено гиперонами.
Но измеренная энергия связи гиперона (0,4 миллиона электрон-вольт) играет на руку теории о том, что центр нейтронных звезд заполнен гиперонами, а значит и взаимодействия гиперонов с нейтронами и протонами должно быть намного сильнее, что делает нейтронные звезды с гиперонами «более жесткими» и гораздо массивнее, чем описывает их теория, основанная на энергии связи, не превышающей 0,2 миллиона электрон-вольт.
