Определены свойства материи при слиянии нейтронных звезд

Physical Review Letters: изучены свойства материи при слиянии нейтронных звезд

Ученые Хельсинкского университета успешно определили свойства плотной кварковой материи, что поможет лучше понять процессы слияния нейтронных звезд. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Во время слияния нейтронных звезд происходят экстремальные изменения в состоянии ядерной материи, включая образование кварковой материи, где элементарные частицы кварки и глюоны освобождаются и начинают свободно двигаться. Одним из ключевых параметров в этих процессах является объемная вязкость, которая описывает сопротивление системы изменению плотности.

Для определения объемной вязкости ученые использовали два теоретических метода: конформную теорию поля, или AdS/CFT-соответствие, и теорию возмущений. AdS/CFT-соответствие предполагает, что некое пятимерное пространство с отрицательной кривизной (антидеситтеровское пространство, AdS) эквивалентно миру-границе (бране) с четырьмя измерениями. Отрицательная кривизна пятимерного мира создает аналог гравитации, и поведение частиц в нем аналогично поведению струн в бране.

В случае кварковой материи конформная теория поля позволяет описывать систему при плотностях и температурах, возникающих при столкновении нейтронных звезд, где взаимодействия между кварками, описываемые квантовой хромодинамикой (КХД), очень сильны. Однако этот метод не может напрямую описывать КХД, а скорее исследует феноменологическую модель с очень похожими свойствами. В свою очередь, теория возмущений может описывать КХД напрямую, но применима только при плотностях, намного превышающих плотности нейтронных звезд.

Исследователи обнаружили, что оба метода дали схожие результаты, что подтверждает их правильность. Они показали, что объемная вязкость кварковой материи достигает своего максимума при значительно более низких температурах, чем в ядерной материи. Это новое понимание помогает глубже понять поведение вещества нейтронных звезд во время их слияний.

Полученные результаты могут также помочь в интерпретации будущих наблюдений гравитационных волн. Если вязкие эффекты будут обнаружены в данных по гравитационным волнам, это может свидетельствовать о возникновении кварковой материи при слияниях нейтронных звезд.