Extremt täta och exotiska hypotetiska kosmiska objekt som kallas "konstiga kvarkstjärnor" kan finnas i universum. Medan astrofysiker fortsätter att diskutera existensen av kvarkstjärnor, har ett team av fysiker upptäckt att kvarlevan av en neutronstjärnesfusion som observerades 2019 har exakt den massa som behövs för att vara en.
När stjärnor dör drar deras kärnor ihop sig så mycket att de förvandlas till nya typer av objekt. Till exempel, när solen äntligen dör ut, kommer den att lämna efter sig en vit dvärg, en planetstor boll av högt komprimerade kol- och syreatomer. När ännu större stjärnor exploderar i katastrofala explosioner som kallas supernovor, lämnar de efter sig neutronstjärnor. Dessa otroligt täta föremål är bara några kilometer tvärs över, men deras massa kan vara flera gånger solens. Som namnet antyder består de nästan uteslutande av rena neutroner, vilket gör dem faktiskt kilometerlånga atomkärnor.
Neutronstjärnor är så exotiska att fysiker ännu inte helt har förstått dem. Även om vi kan observera hur neutronstjärnor interagerar med sin omgivning och göra några bra gissningar om vad som händer med denna neutronmateria nära ytan, är sammansättningen av deras kärnor fortfarande svårfångad.
Problemet är att neutroner inte är helt fundamentala partiklar. Även om de kombineras med protoner för att bilda atomkärnor, är neutroner själva uppbyggda av ännu mindre partiklar som kallas kvarkar.
Det finns sex typer, eller aromer, kvarkar: upp, ner, topp, botten, konstigt och charm. En neutron består av två nedkvarkar och en uppkvarkar. Om du plattar ihop för många atomer kommer de att förvandlas till en gigantisk boll av neutroner. Så om du klämmer ihop för många neutroner, kommer de att förvandlas till en jättekula av kvarkar?
Svaren sträcker sig från "kanske" till "det är svårt". Problemet är att kvarkar verkligen inte gillar att vara ensamma. Den starka kärnkraften, som binder kvarkarna i kärnan, ökar faktiskt med avståndet. Om du försöker dra ihop två kvarkar ökar kraften som drar tillbaka dem. Så småningom blir gravitationsenergin mellan dem så stor att nya partiklar uppstår i vakuumet, inklusive nya kvarkar, som gärna binder sig till de separerade.
Om du ville skapa ett makroskopiskt objekt av upp- eller nerkvarkar som utgör en neutron, skulle det objektet explodera väldigt snabbt och väldigt våldsamt.
Men det kanske finns ett sätt som använder konstiga kvarkar. I sig själva är märkliga kvarkar ganska tunga och när de får vila förfaller de snabbt till lättare upp- och nerkvarkar. Men när ett stort antal kvarkar kombineras kan fysiken förändras. Fysiker har upptäckt att konstiga kvarkar kan binda sig till kvarkar uppåt och nedåt för att bilda trillingar som kallas stjärnor, som kan vara stabilt - men bara under extrema tryck.
Om du komprimerar en neutronstjärna för mycket förlorar alla neutroner sin förmåga att stödja stjärnan och den exploderar och bildar ett svart hål. Men det kan finnas ett mellanstadium där trycket är tillräckligt högt för att lösa upp neutroner och bilda en konstig kvarkstjärna, men inte tillräckligt stark för att gravitationen ska ta över.
Astronomer förväntar sig inte att hitta många konstiga stjärnor i universum, dessa objekt ska vara tyngre än neutronstjärnor men lättare än svarta hål, och det finns inte mycket manöverutrymme. Och eftersom vi inte helt förstår konstiga stjärnors fysik, vet vi inte ens de exakta massorna vid vilka konstiga stjärnor kan existera.
Men ett team av astronomer tittade nyligen på GW190425, en gravitationsvågshändelse orsakad av sammanslagning av två neutronstjärnor som observerades 2019. Tillsammans med den enorma mängden gravitationsvågor resulterar sammanslagning av neutronstjärnor i bildandet av en kilonova, en explosion som är kraftigare än en normal nova men svagare än en supernova. Även om astronomer inte kunde upptäcka en elektromagnetisk signal från denna händelse, observerade de en liknande händelse 2017 som producerade både gravitationsvågor och strålning.
När två neutronstjärnor smälter samman finns det flera alternativ för utveckling av händelser beroende på deras massor, snurr och kollisionsvinkel. Enligt teoretiska beräkningar kan neutronstjärnor förstöra varandra, bilda ett svart hål eller skapa en lite mer massiv neutronstjärna.
Och enligt en ny studie kan dessa kosmiska kollisioner leda till bildandet av en märklig kvarkstjärna.
Teamet uppskattade att massan av objektet som blev över från fusionen 2019 var någonstans mellan 3,11 och 3,54 solmassor. Baserat på vår bästa förståelse av neutronstjärnornas struktur, är det för mycket massa och borde ha exploderat till ett svart hål. Men det faller också inom intervallet för massor som tillåts av strukturella modeller av dessa konstiga stjärnor.
Det är för tidigt att säga om 190425 GW2019 är vår första observation av en sällsynt stjärna med en konstig kvark, men framtida observationer (och mer teoretiskt arbete) kan hjälpa astronomer att lokalisera en av dessa exotiska varelser.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Läs också:
- Massiva stjärnor kan "stjäla" planeter
- Large Hadron Collider hjälpte till att hitta ett nytt sätt att mäta kvarkmassa