Ученые создали загадочную материю нейтронной звезды
24.04.2021 375 0
Внутренности нейтронных звезд — самой плотной формы материи во Вселенной — долгое время оставались загадкой.
Нейтронные звезды — это древние остатки звезд, которые достигли конца своего эволюционного пути в пространстве и времени. Нейтронная звезда состоит, в основном, из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой корой вещества в виде тяжелых атомных ядер и электронов.
Международная группа ученых под руководством исследователей из Мичиганского университета провела эксперимент, в ходе которого удалось создать «нейтронную звезду» в субатомном масштабе. Это поможет ученым больше узнать о загадочных свойствах материи в недрах компактных космических объектов.
Результаты эксперимента опубликованы в статье в журнале Physical Review Letters.
Почти непостижимая плотность нейтронной звезды заставляет протоны и электроны объединяться в нейтроны — процесс, который дал таким звездам свое название. Состав их ядер неизвестен, но они могут состоять из нейтронной сверхтекучей жидкости или какого-то неизвестного состояния вещества. Нейтронные звезды обладают чрезвычайно сильным гравитационным притяжением, намного большим, чем у Земли.
Исследования проводились на ускорители в японском центре RIKEN Nishina. Ученые считают, что нейтронные звезды состоят из нескольких слоев. На поверхности тонкая атмосфера из атомов водорода или гелия покоится на твердой коре из более тяжелых атомов. В коре электроны отделяются от ядер атомов из-за повышения давления. Во внешнем ядре звезды, происходит процесс расщепления ядра атомов на нейтроны и протоны. Огромное давление сдавливает протоны и электроны, образуя море, в котором преобладают нейтроны, общая плотность которых в два раза больше плотности атомного ядра.
Ученые нужно было сымитировать условия внутри нейтронной звезды. Для этого они использовали ядра атомов олова, которые разогнали до двух третей скорости света.
Затем пучок направили через тонкую оловянную фольгу для разрушения ядра. Атомы просуществовали всего лишь одну миллиардную триллионной доли секунды в виде сверхплотного «супа» из протонов и нейтронов. Этого времени хватило для того, чтобы образовались пионы — частицы-переносчики ядерных сил. Пионы фиксировали спецдетекторы, которые были созданы физиками Мичиганского университета.
Физика и свойства нейтронных звезд описываются уравнением состояния, о котором на сегодняшний день пока мало что известно. Основная проблема для ученых состоит в том, что при экстремальных значениях плотности на свойства вещества в значительной мере влияет энергия симметрии, отражающая способность атомных ядер сохранять свою стабильность, а также определяющая долю протонов.
В ходе своего исследования ученых намеревались уменьшить вклад энергии симметрии в уравнение состояния вещества по спектрам заряженных пионов, которые были созданы изотопами олова.
По словам физиков, если растет плотность материи, то увеличивается и энергия симметрии. Но при экстремальных значениях энергия симметрии достигает максимума и начинается процесс спада. Также сокращается доля всех компонентов материи, за исключением нейтронной.+
Ученые планируют провести новые эксперименты на установке FRIB (Facility for Rare Isotope Beams), которую введут в эксплуатацию в следующем году. Если эксперименты будут успешными, то ученые получат новые данные о физике внутри нейтронных звезд.
Нейтронные звезды — это древние остатки звезд, которые достигли конца своего эволюционного пути в пространстве и времени. Нейтронная звезда состоит, в основном, из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой корой вещества в виде тяжелых атомных ядер и электронов.
Международная группа ученых под руководством исследователей из Мичиганского университета провела эксперимент, в ходе которого удалось создать «нейтронную звезду» в субатомном масштабе. Это поможет ученым больше узнать о загадочных свойствах материи в недрах компактных космических объектов.
Результаты эксперимента опубликованы в статье в журнале Physical Review Letters.
Почти непостижимая плотность нейтронной звезды заставляет протоны и электроны объединяться в нейтроны — процесс, который дал таким звездам свое название. Состав их ядер неизвестен, но они могут состоять из нейтронной сверхтекучей жидкости или какого-то неизвестного состояния вещества. Нейтронные звезды обладают чрезвычайно сильным гравитационным притяжением, намного большим, чем у Земли.
Исследования проводились на ускорители в японском центре RIKEN Nishina. Ученые считают, что нейтронные звезды состоят из нескольких слоев. На поверхности тонкая атмосфера из атомов водорода или гелия покоится на твердой коре из более тяжелых атомов. В коре электроны отделяются от ядер атомов из-за повышения давления. Во внешнем ядре звезды, происходит процесс расщепления ядра атомов на нейтроны и протоны. Огромное давление сдавливает протоны и электроны, образуя море, в котором преобладают нейтроны, общая плотность которых в два раза больше плотности атомного ядра.
Ученые нужно было сымитировать условия внутри нейтронной звезды. Для этого они использовали ядра атомов олова, которые разогнали до двух третей скорости света.
Затем пучок направили через тонкую оловянную фольгу для разрушения ядра. Атомы просуществовали всего лишь одну миллиардную триллионной доли секунды в виде сверхплотного «супа» из протонов и нейтронов. Этого времени хватило для того, чтобы образовались пионы — частицы-переносчики ядерных сил. Пионы фиксировали спецдетекторы, которые были созданы физиками Мичиганского университета.
Физика и свойства нейтронных звезд описываются уравнением состояния, о котором на сегодняшний день пока мало что известно. Основная проблема для ученых состоит в том, что при экстремальных значениях плотности на свойства вещества в значительной мере влияет энергия симметрии, отражающая способность атомных ядер сохранять свою стабильность, а также определяющая долю протонов.
В ходе своего исследования ученых намеревались уменьшить вклад энергии симметрии в уравнение состояния вещества по спектрам заряженных пионов, которые были созданы изотопами олова.
По словам физиков, если растет плотность материи, то увеличивается и энергия симметрии. Но при экстремальных значениях энергия симметрии достигает максимума и начинается процесс спада. Также сокращается доля всех компонентов материи, за исключением нейтронной.+
Ученые планируют провести новые эксперименты на установке FRIB (Facility for Rare Isotope Beams), которую введут в эксплуатацию в следующем году. Если эксперименты будут успешными, то ученые получат новые данные о физике внутри нейтронных звезд.
| |