Гравитационные волны помогут найти звёзды из странной материи

Обычная материя, из которой состоят планеты и люди, животные и звёзды, имеет строгую субатомную конфигурацию. Протоны и нейтроны, составляющие ядра атомов, включают в себя по три кварка разных «ароматов» — два верхних и один нижний кварк в случае протона и два нижних и один верхний в случае нейтрона.

Тем не менее, теория допускает, что некоторые частицы материи могут состоять и из кварков других ароматов. Ещё в 1970-х годах учёные предположили, что

во Вселенной существуют частицы гипотетической странной материи, и объекты из неё состоящие, назвали страпельками или «странными капельками».

Протоны в ядрах атомов странной материи должны иметь равное число верхних, нижних и странных кварков.

Напомним, что учёные уже, возможно, получили в лабораторном эксперименте частицу, состоящую из четырёх кварков. Об этом сообщали представители ЦЕРНа в апреле 2014 года.

Согласно гипотезе, странная материя должна быть массивнее и стабильнее обычной.

Кроме того, она может обладать уникальным свойством конвертации обычной материи в странную при контакте первой со второй.

Астрофизики утверждают, что природная странная материя должна встречаться в составе нейтронных звёзд — «трупов» светил, оставшихся после взрывов сверхновых. Диаметр этих космических объектов измеряется десятками километров, тем не менее, их масса огромна, а значит, крайне велика и их плотность.

Рис. 1. Слияние нейтронных звезд в представлении художника (NASA).

Мощнейшее воздействие исполинской массы нейтронной звезды может привести к тому, что некоторые верхние и нижние кварки, составляющие материю «мёртвого» светила, могут преобразоваться в странные кварки. Так возникнет странная материя, за которой физики охотятся вот уже почти полвека.

Теория гласит, что

если в космосе существует двойная нейтронная звезда и одна из них состоит из странной материи, то её соседка также очень быстро конвертируется в неё. И очень быстро в данном случае означает, что нейтронная звезда при контакте с частицей странной материи вся превратится в странную звезду за период всего от одной миллисекунды до одной секунды.

Помочь открыть странные звёзды в обозримом космосе учёным помогут гравитационные волны — гипотетическая рябь в пространстве-времени, которую впервые описал ещё Альберт Эйнштейн в рамках Общей теории относительности.

Гравитационные волны образуются из-за ускорения масс. В случае со слиянием двух нейтронных звёзд в двойной системе должна образоваться ощутимая рябь пространства-времени. При этом пара сливающихся звёзд обычной материи должна испускать иные волны, чем пара сливающихся странных звёзд (поскольку последние будут более компактными).

К примеру, нейтронная звезда с массой, равной одной пятой солнечной, должна иметь более 30 километров в диаметре. В то же время странная звезда той же массы должна быть не более 10 километров «в талии».

Исследователи предполагают, что

событиями, связанными со странными звёздами, можно объяснить два коротких гамма-всплеска — мощных взрыва длительностью менее двух секунд, которые наблюдались в глубоком космосе в 2005 и 2007 годах. Открытие было сделано при помощи Лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). Впрочем, тогда учёным не удалось обнаружить гравитационные волны, исходящие от этих всплесков, названных GRB 051103 и GRB 070201.

Рис. 2. Гравитационные волны помогут обнаружить странные звезды.

Несмотря на то, что LIGO так и не зафиксировал гравитационные волны, версия слияния двух нейтронных звёзд по-прежнему остаётся основным объяснением наблюдавшимся гамма-всплескам. Исследователи поясняют в статье, опубликованной в журналеMonthly Notices of the Royal Astronomical Society, что

приборы могли не уловить высокочастотные гравитационные волны, которые могли быть испущены лишь в том случае, если источником гамма-всплеска было слияние двух странных звёзд.

Проверить свою гипотезу астрофизики планируют при помощи Дополненного лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории (ALIGO), первый прогон которого запланирован на 2015 год. Исследователи рассчитывают обнаружить около 0,13 слияний странных нейтронных звёзд в год, или по одному такому слиянию каждые восемь лет.

Также ведущий автор данной работы Педро Морэс (Pedro Moraes), астрофизик Национального института космических исследований Бразилии, планирует пересмотреть все данные LIGO, собранные о гамма-всплесках GRB 051103 и GRB 070201. Возможно, именно там обнаружатся первые доказательства существования странной материи.