Wnętrza gwiazd neutronowych – najbardziej gęsta forma materii we Wszechświecie – od dawna stanowią dla naukowców zagadkę, którą być może uda się już niedługo rozwiązać.

Kiedy gwiazda o masie równej 20 masom Słońca umiera, zgodnie ze słowami astrofizyka Zavena Arzoumaniana staje się „najbardziej szokującym obiektem, o którym większość ludzi nigdy nie słyszała” – gwiazdą neutronową. W gwiazdach neutronowych neutrony o masie około dwóch mas Słońca są ściśnięte w obszarze wielkości miasta. Fragment gwiazdy neutronowej o rozmiarze piłeczki do pingponga ważyłby ponad miliard ton. Podejrzewamy, że w gwieździe neutronowej potężna siła grawitacji ściska ze sobą protony i elektrony, tworząc z nich neutrony.

Astronomowie nigdy nie widzieli gwiazdy neutronowej z bliska, a żadne ziemskie laboratorium nie jest w stanie wytworzyć materii o tak wielkiej gęstości. Z tych powodów struktura wewnętrzna gwiazd neutronowych stanowi jedną z największych tajemnic kosmicznych. „Gwiazdy te są zbudowane ze stabilnej materii o największej gęstości, jaką dopuszcza natura, tworząc konfigurację, której nie rozumiemy” – mówi Arzoumanian, który pracuje w należącym do NASA Goddard Space Flight Center. Są one formą materii tworzącą najsilniejsze pole grawitacyjne: gdyby zwiększyć ich masę tylko nieznacznie, stałyby się czarnymi dziurami, czyli obiektami, które zasadniczo nie są już materią, ale samą zakrzywioną przestrzenią. „Staramy się zgłębić, co dzieje się na tej granicy” – mówi Arzoumanian.

Jaka forma materii znajduje się w gwiazdach neutronowych i jakie są jej własności? Według niektórych hipotez w gwiazdach tych występują zwykłe neutrony, być może z niewielkim dodatkiem protonów. Istnieją jednak także koncepcje, zgodnie z którymi neutrony w gwiazdach neutronowych rozpadają się na unoszące się swobodnie swoje składniki – kwarki i gluony. Jest nawet możliwe, że wnętrza tych gwiazd są zbudowane z jeszcze bardziej niezwykłej materii, czyli hiperonów – cząstek, których składnikami nie są spotykane w atomach normalne kwarki górny i dolny, tylko ich ciężsi kuzyni, czyli kwarki dziwne.

Ale jak naukowcy mają odkryć prawdę, skoro nie mogą przeciąć gwiazdy i zajrzeć do jej środka? Przełom nastąpił w sierpniu 2017 roku, kiedy naziemne obserwatoria zarejestrowały fale grawitacyjne – zmarszczki czasoprzestrzeni wywołane przez przyspieszane masywne obiekty – które wyglądały jak efekt czołowego zderzenia dwóch gwiazd neutronowych. Fale te przyniosły informacje o masach i rozmiarach gwiazd tuż przed katastrofą. Dzięki nim uzyskano nowe ograniczenia na parametry fizyczne tych potworów, a zatem i na własności materii, z której są zbudowane. Innych wskazówek dostarcza naukowcom Badacz Budowy Wnętrza Gwiazd Neutronowych (Neutron Star Interior Composition Explorer; NICER). Eksperyment ten jest prowadzony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej od czerwca 2017 roku. NICER obserwuje pulsary, czyli bardzo szybko rotujące gwiazdy neutronowe o silnym polu magnetycznym. Wysyłają one wiązki promieniowania, które mogą trafić w Ziemię. Widzimy wówczas pulsy pojawiające się i znikające w niesamowitym tempie: najszybszy pulsar błyska ponad 700 razy na sekundę. Dzięki tym i innym obserwacjom pojawiła się wreszcie perspektywa poznania procesów zachodzących w tych dziwolągach. Jeśli naukowcom się to uda, będą w stanie zrozumieć nie tylko te kosmiczne osobliwości, ale także wyznaczyć fundamentalne ograniczenia dla materii i grawitacji.

Źródło: www.swiatnauki.pl