_ Fuziuni neutron-star luminează misterele materiei cuarci

Stelele neutronice sunt rămășițele vechilor stele care au rămas fără combustibil nuclear și au suferit o explozie de supernovă și un colaps gravitațional ulterior. Deși coliziunile lor – sau fuziunile binare – sunt rare, atunci când au loc, aceste evenimente violente pot perturba spațiu-timpul însuși, producând unde gravitaționale detectabile pe Pământ de la sute de milioane de ani lumină distanță.

În timpul unui neutron- fuziunea stelelor, stelele își schimbă rapid forma și se încălzesc, provocând schimbări în starea materiei din interiorul lor. Fuziunea poate produce, de asemenea, materie de quarc, unde particulele elementare quark și gluoni, de obicei limitate în protoni și neutroni, sunt eliberate și încep să se miște liber.

Profesorul Aleksi Vuorinen de la Universitatea din Helsinki explică modul în care înțelegem noi. a proprietăților stelelor neutronice individuale a avansat semnificativ în ultimii ani. Cu toate acestea, încă nu înțelegem pe deplin ce se întâmplă la cele mai mari densități atinse sau în setări dinamice.

„Descrierea fuziunilor de stele neutroni este deosebit de dificilă pentru teoreticieni, deoarece toate instrumentele teoretice convenționale par să se descompună într-una singură. într-un fel sau altul în aceste sisteme dependente de timp și cu adevărat extreme”, explică Vuorinen.

Un concept cheie în studiul fuziunilor neutron-stele este vâscozitatea în vrac a materiei neutroni-stele, care descrie cât de puternic este particulele. interacțiunile rezistă fluxului în sistem.

Împreună cu colegii lor din străinătate, cercetătorii de la Universitatea din Helsinki au determinat cu succes vâscozitatea în vrac a materiei dense de quarc, combinând două metode teoretice diferite. Una dintre abordările utilizate s-a bazat pe teoria corzilor, în timp ce cealaltă se bazează pe teoria perturbațiilor, o metodă clasică a teoriei câmpului cuantic.

În general, diferite vâscozități descriu cât de „lipicios” este curgerea unui anumit lichid. este. Cel mai cunoscut exemplu este vâscozitatea prin forfecare, ale cărei efecte pot fi observate în curgerea unor substanțe precum mierea și apa: mierea curge lent, deoarece are o vâscozitate ridicată, în timp ce apa curge mai repede datorită vâscozității sale mai mici.

Vâscozitatea în vrac, pe de altă parte, descrie pierderea de energie într-un sistem care suferă oscilații radiale, ceea ce înseamnă că densitatea sa crește și scade în mod periodic. Tocmai astfel de oscilații apar în stelele neutronice și fuziunile lor, făcând vâscozitatea în vrac cel mai central coeficient de transport pentru fuziunile stele neutroni.

În studiul lor, publicat recent în Physical Review Letters, vâscozitatea în vrac a materiei cuarci a fost determinată în două moduri: folosind așa-numita dualitate AdS/CFT, denumită în mod obișnuit holografie, și teoria perturbației.

În holografie, proprietățile teoriilor câmpurilor cuantice puternic cuplate sunt determinate prin studierea gravitației într-un spațiu curbat de dimensiuni superioare. În cazul materiei cuarci, acest lucru permite ca sistemul să fie descris la densitățile și temperaturile prezente în ciocnirile de stele neutronice, unde interacțiunile cromodinamicii cuantice (QCD), teoria forței nucleare puternice, sunt foarte puternice. Din motive tehnice, însă, metoda nu poate descrie în mod direct QCD, ci mai degrabă examinează un model fenomenologic cu proprietăți foarte asemănătoare.

Cealaltă metodă folosită în noua lucrare, teoria perturbațiilor, este poate cel mai utilizat instrument. în cercetarea teoretică a fizicii particulelor. În această abordare, mărimile fizice sunt determinate ca serii de puteri în constanta de cuplare a teoriei, care descrie puterea interacțiunii. Această metodă poate descrie QCD direct, dar este aplicabilă numai la densități mult peste cele găsite în stelele neutronice.

Spre bucuria cercetătorilor, cele două metode au condus la rezultate foarte asemănătoare, întărind ideea că în materia cuarcilor vâscozitatea în vrac atinge vârfuri la temperaturi semnificativ mai scăzute decât în ​​materia nucleară.

„Această informație ne ajută să înțelegem comportamentul materiei neutroni-stele în timpul fuziunilor lor binare”, spune Risto Paatelainen, membru al Academiei de cercetare, din Helsinki.

„Aceste rezultate pot ajuta, de asemenea, interpretarea. de observații viitoare, am putea, de exemplu, să căutăm efecte vâscoase în datele viitoare ale undelor gravitaționale, iar absența lor ar putea dezvălui crearea de materie de quarc în fuziunile stele neutronice”, adaugă profesorul universitar Niko Jokela.

(Fluierul)