Adakah perkara gelap membantu kelahiran bintang-bintang aneh? • Alexey Levin • Berita sains mengenai "Unsur" • Astronomi, Fizik

Adakah perkara gelap membantu kelahiran bintang-bintang aneh?

Bintang neutron (di sebelah kiri) dan bintang quark aneh. Saiz relatif dua bintang dan komposisi quark mereka ditunjukkan. Lingkaran merah – u-quarks hijau – d-quarks, biru – quarks aneh (s-quarks). Gambar © CXC / M Weiss dari artikel Adakah perkara gelap? dari physicsworld.com

Fizik dari Inggeris, Sepanyol dan Amerika Syarikat menerbitkan model teoretis lain yang menggambarkan degenerasi bintang neutron ke objek yang lebih eksotik – yang disebut "bintang-bintang aneh". Pada pendapat mereka, sumber tenaga yang menyebabkan transformasi perkara neutron menjadi pelik, adalah penghapusan bersama zarah-zarah materi gelap. Kerja Joseph Silk dan dua pengarangnya muncul pada 1 Oktober dalam jurnal Surat Pemeriksaan Fizikal.

Seperti yang anda tahu, nukleus atom dunia kita terdiri daripada proton dan neutron, yang pada gilirannya terdiri daripada quark generasi pertama – u-quark dan d-quark. Proton mengandungi dua u-quarks dan satu d-quark, manakala neutron adalah triplet yang terdiri daripada satu u-quark dan sepasang d-quarks. Quarks itu sendiri "disekat" disebabkan pertukaran gluon dan disertakan dalam proton dan neutron (kesan pengasingan adalah "memerangkap"). Menurut teori kosmologi yang diterima umum,quarks kekal dalam keadaan bebas hanya untuk masa yang sangat singkat selepas Big Bang, apabila suhu gas foton melebihi 5 trilion darjah.

Walau bagaimanapun, ahli teori mengakui bahawa walaupun kini terdapat objek eksotik di ruang angkasa, sepenuhnya atau sebahagiannya terdiri daripada kuark quasi bebas, tidak bersatu dalam triple, tetapi masih berinteraksi antara satu sama lain. Untuk ini, suhu dan tekanan ultrahigh diperlukan, yang hanya wujud di dalam badan angkasa dengan ketumpatan bahan yang sangat tinggi. Calon pertama untuk peranan ini adalah bintang neutron.

Proses kelahiran bintang-bintang neutron terkenal. Pendahuluan biasa mereka adalah bintang dengan jisim awal lebih daripada 9-10 massa solar, yang kebanyakannya hidup di dalam lengan galaksi lingkaran. Pada akhir hayat pendek (beberapa juta tahun) bintang tersebut, ia membentuk teras besi yang ditutup dengan lapisan silikon dan unsur cahaya lain dan disertakan dalam shell hidrogen. Sekiranya proses pemanis thermonuclear berterusan di sekitar nukleus, peningkatan massa dan mencapai had Chandrasekhar.Oleh kerana besi tidak mampu membakar thermonuklear, teras bintang di bawah tekanan dari lapisan overhead dikompresi pada kadar sehingga 20% cahaya. Elektron ditekan terhadap nukleus atom besi dengan begitu rapat sehingga mereka secara literal bergabung dengan proton, berubah menjadi neutron dan neutrino (pada bintang yang paling besar sebelum ini, nukleus besi dimusnahkan oleh sinar gamma). Neutrons kekal di tempatnya, dan neutrinos meninggalkan bintang itu. Akibatnya, teras bintang menyejukkan, tekanan bahannya menurun, menjadikan kadar mampatan hanya meningkat.

Dua senario boleh dilakukan pada peringkat ini. Bintang dengan massa dari 20 hingga 100 massa solar runtuh sepenuhnya dan menimbulkan lubang hitam. Bintang-bintang dalam rangkaian 10-20 massa solar membentuk nukleus yang tidak dapat dikompresikan daripada perkara neutron. Lapisan luar bintang dalam kedua-dua kes itu telah robek dari dalam oleh gelombang kejutan dan berselerak ke ruang sekitar dalam bentuk suar kosmik gergasi – supernova jenis II. Jadi pada akhirnya, sama ada lubang hitam atau bintang neutron, sfera cacat yang merosot, kekal dari bintang.

Bintang neutron tipikal mempunyai jisim kira-kira satu setengah jisim suria, dengan radius kira-kira 10 km.Had jisim bintang neutron tidak diketahui sama sekali, tetapi ia tidak boleh kurang daripada dua massa solar, kerana satu bintang itu baru ditemui. Komposisi bahan mereka juga tidak diketahui dengan tepat, tetapi dalam mana-mana halnya agak rumit dan mempunyai struktur berlapis (mengikut model yang diterima umum, dalam lapisan ini bukan sahaja neutron diwakili, tetapi juga proton, elektron dan nuklei kaya neutron). Ketumpatan bahan di tengah bintang neutron adalah lebih kurang satu setengah quadrillion (1.5 × 1015) g / cm3. Apa itu, sementara anda hanya boleh meneka – ada model yang berbeza. Khususnya, ahli teori tidak mengecualikan bahawa, dalam keadaan tertentu, kuark quasi-bebas juga boleh hadir di sana. Selain itu, ada sebab untuk mempercayai bahawa campuran quark ini mungkin termasuk bukan sahaja dua kuark generasi pertama.

Kemungkinan yang kedua muncul dari model teoretis, yang pada pertengahan 1980-an dianggap oleh ahli fizik teori dan ahli matematik yang terkenal Edward Witten (lihat: Edward Witten. Pemisahan kosmik fasa // Kajian Fizikal D. 1984. V. 30. P. 272-285). Dia menggambarkan mekanisme hipotetis untuk penghasilan campuran quark bebas kuasi yang terdiri daripada u-quarks, quarks quarks dan kuark aneh – s-quarks.Ini berikutan pengiraan Witten bahawa campuran ini boleh menjadi keadaan tenaga tanah yang benar dari hadron dan dalam hal ini mesti benar-benar stabil. Oleh kerana ia mengandungi kuark aneh, ia biasa disebut perkara quark pelik (SQM).

Witten terutamanya dianggap sebagai senario kelahiran SQM sejurus selepas Big Bang, tetapi menyatakan bahawa dalam alam semesta sekarang, perkara aneh boleh berlaku di dalam nukleus bintang-bintang neutron. Dalam kesusasteraan kemudian, adalah mungkin untuk mencari model yang berbeza tepat seperti pembentukan SQM. Ia dianggap bahawa, jika ini berlaku, perkara neutron mula-mula diubah menjadi "unfolded" u-quarks dan d-quarks, yang kemudian diperkaya dengan kuark aneh. Mekanisme transformasi ini jauh dari jelas. Penulis kerja baru dalam Surat Pemeriksaan Fizikal Adalah dipercayai bahawa materi gelap memainkan peranan utama dalam proses ini, lebih tepatnya, zarah-zarah yang mana ia terdiri. Pada pendapat mereka, penghapusan bersama zarah-zarah ini berfungsi sebagai sumber tenaga, yang menyebabkan transformasi perkara neutron menjadi quark. Kemungkinan transformasi berikut dari fakta bahawa bahan neutron adalah metastable dan, dengan itu, boleh dilahirkan semula sebagai SQM dengan bantuan luar.Perubahan sedemikian tidak berlaku serentak. Pada mulanya, nukleus kecil bahan quark aneh (strangelets) timbul, yang dengan cepat berkembang dan mengisi bahagian dalam bintang neutron (fasa peralihan fasa ini sama dengan pembekuan cecair superkonduktor). Keseluruhan proses penukaran memerlukan sedikit masa, kira-kira satu saat.

Secara semulajadi, model ini bergantung pada andaian tertentu mengenai sifat partikel besar yang berinteraksi dengan lemah (WIMPs), yang dianggap pembawa bahan gelap. Sutera dan pengarangnya mencadangkan bahawa zarah-zarah ini adalah sama dengan antipartikel mereka dan dengan itu dapat dihapuskan dalam perlanggaran (zarah-zarah jenis ini disebut fana Majorana). Ini penghapusan diri dan bekalan tenaga untuk kelahiran SQM. Di bawah aksi tarikan bintang neutron, zarah-zarah perkara gelap berakar ke permukaannya dari ruang sekeliling, menjalani penyebaran tunggal atau berganda pada bahan bintang, menembusi zon pusat dan menimbulkan embrio perkara quark aneh.

Penulis mengira bahawa agar transformasi sedemikian menjadi mungkin, jisim zarah Majorana dari bahan gelap mestilah sekurang-kurangnya 4 GeV.Pada masa yang sama, mereka meneruskan dari andaian yang agak realistik bahawa kepadatan bahan gelap berhampiran bintang neutron adalah sama dengan kepadatan purata berhampiran Sistem Tata Surya (0.3 GeV / cm3). Atas dasar ini, mereka menganggarkan jumlah kuasa tenaga yang dikeluarkan semasa penghapusan zarah benda gelap di dalam bintang neutron: 1025-1029 GeV / saat Tenaga ini sudah cukup untuk menghasilkan gelembung bahan neutron di dalam bintang, dipanaskan pada suhu di mana ia dapat mengatasi kurungan. Akibatnya, kuark yang tertutup dalam neutron melepasi keadaan bebas dan bentuk ud. Pada masa yang sama, mereka memperoleh keupayaan untuk berinteraksi antara satu sama lain, menghasilkan s-quark. Akhirnya, proses ini membawa kepada kemunculan nuklei bahan quark aneh (usd matter), yang memprakarsai proses seperti avalanche untuk mengubah bintang neutron ke tubuh celestial yang lebih eksotik, yang terdiri dari perkara quark aneh.

Kerja baru meningkatkan bilangan model teori yang menggambarkan kelahiran bintang-bintang quark. Ada yang lain – sebagai contoh, kemungkinan penampilan bintang-bintang seperti itu dalam letupan supernova telah dianggap lebih dari sekali dalam kesusasteraan.Lebih-lebih lagi, terdapat hipotesis bahawa supernovae jenis yang luar biasa kuat yang didaftarkan pada tahun-tahun kebelakangan ini, seperti SN 2005ap dan SN 2006gy, boleh menjadi pendahulu bintang quark. Walau bagaimanapun, adalah perlu untuk menekankan bahawa walaupun bintang-bintang itu tetap murni objek hipotetikal.

Sutera dan pengarangnya menunjukkan bahawa kelahiran bintang-bintang pelik boleh ditegaskan oleh bursts gamma-ray berat (burst ray gamma, GRBs) kira-kira panjang kedua. Pecah tersebut telah dikaji selama bertahun-tahun, tetapi asal usulnya masih menjadi subjek perdebatan. Kebanyakan pakar percaya bahawa pecah itu terutamanya dihasilkan semasa pelanggaran bintang neutron, tetapi mekanisme lain tidak dikecualikan. Menurut Silk dan pengarangnya, beberapa pecahan ini terjadi semasa penurunan bintang-bintang neutron ke bintang-bintang quark aneh. Semoga, dari masa ke masa, astrofizik akan menghadapi masalah ini.

Sumber: M. Angeles Perez-Garcia, Joseph Silk, Jirina R. Stone. Perkara Gelap, Bintang Neutron, dan Strang Quark Strange // Surat Pemeriksaan Fizikal (2010). V. 105. P. 141101-04. Artikel ini boleh didapati di Arkib: arxiv.org/abs/1007.1421.

Alexey Levin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: