Астрофизики предложили новый способ проверить, существует ли в недрах нейтронных звёзд экзотическое состояние материи, которое ранее наблюдалось только в первые мгновения после Большого взрыва. Речь идёт о кварк-глюонной плазме — форме вещества, в которой элементарные частицы, кварки и глюоны, не связаны в протоны и нейтроны.
Что это за состояние материи
Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой чрезвычайно горячую и плотную среду, где обычные атомные ядра ещё не существовали. Материя находилась в виде так называемой кварк-глюонной плазмы — «первичного супа» из свободных кварков и глюонов.
В современных условиях такое состояние удаётся получить только в ускорителях частиц при экстремально высоких температурах. Однако оно существует лишь доли секунды и при условиях, сильно отличающихся от космических.
Почему нейтронные звёзды подходят для поиска
Нейтронные звёзды — это остатки массивных звёзд после взрыва сверхновой. Они обладают колоссальной плотностью: масса, сравнимая с солнечной, сжата до радиуса порядка десятков километров.
В таких условиях вещество находится в состоянии, недостижимом в лабораториях. Давление настолько велико, что привычная структура материи разрушается: атомные ядра исчезают, а частицы оказываются сжаты практически вплотную.
Существует гипотеза, что в центральных областях таких объектов нейтроны могут «растворяться» в своих составляющих — кварках. Это означает переход к состоянию, аналогичному кварк-глюонной плазме.
Новая теоретическая модель
Исследование, опубликованное в 2026 году, предлагает метод, позволяющий косвенно проверить наличие такого состояния. Основной инструмент — анализ гравитационных волн, возникающих при слиянии нейтронных звёзд.
Когда две нейтронные звезды вращаются друг вокруг друга, они деформируются под действием взаимной гравитации. Эти деформации оставляют характерные «отпечатки» в гравитационных волнах.
Ключевая идея состоит в следующем:
-
структура внутреннего вещества влияет на то, как звезда деформируется;
-
разные состояния материи дают разные сигналы;
-
анализ спектра гравитационных волн позволяет восстановить свойства внутренней среды.
Что именно пытаются измерить
Учёные сосредоточились на так называемых колебательных режимах нейтронных звёзд. Эти колебания аналогичны затухающим гармоническим движениям и зависят от физики внутреннего вещества.
В новой работе удалось:
-
математически описать все возможные режимы колебаний в рамках общей теории относительности;
-
учесть потерю энергии через гравитационное излучение;
-
разделить вклад внутренней структуры звезды и внешнего гравитационного взаимодействия.
Это создаёт основу для интерпретации будущих наблюдений.
Почему это сложно подтвердить
Основная проблема — чувствительность детекторов. Современные установки, такие как LIGO и Virgo, фиксируют гравитационные волны, но не способны детально анализировать их высокочастотную структуру.
Именно в этой области спектра содержится информация о внутреннем строении звезды. Поэтому для практического подтверждения гипотезы потребуется новое поколение детекторов с более высокой точностью измерений.
Косвенные подтверждения уже существуют
Ряд предыдущих исследований указывает на высокую вероятность существования кварковой материи в массивных нейтронных звёздах.
Например:
-
моделирование показывает вероятность наличия кваркового ядра на уровне 80–90%;
-
анализ гравитационных волн от слияний также указывает на признаки перехода к более экзотическим фазам вещества.
Тем не менее прямых наблюдений пока нет.
Значение для физики и космологии
Подтверждение существования кварк-глюонной плазмы внутри нейтронных звёзд будет иметь фундаментальные последствия:
-
даст возможность изучать поведение материи при экстремальных плотностях, недоступных на Земле;
-
позволит проверить теории сильного взаимодействия (квантовой хромодинамики);
-
создаст «мост» между современной астрофизикой и физикой ранней Вселенной.
Фактически нейтронные звёзды могут выступать естественными лабораториями, в которых сохраняются условия, существовавшие сразу после рождения Вселенной.
Вывод
Новая методика анализа гравитационных волн открывает возможность впервые напрямую проверить, существует ли в недрах нейтронных звёзд материя, аналогичная той, что заполняла Вселенную вскоре после Большого взрыва.
Пока это остаётся теоретической моделью, однако развитие гравитационно-волновой астрономии может в ближайшие десятилетия дать окончательный ответ.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
