Tim istraživača predvođen Nicolásom Yunesom i Abhishekom Hegadeom razvio je teorijski metod za identifikaciju potpunog skupa oscilacionih modova unutar neutronskih zvezda. Pokazali su da se efekat emitovanih gravitacionih talasa može ukloniti iz modela, što omogućava potpunu deskriptivnu bazu modova. U budućnosti, osetljiviji detektori mogli bi upotrebiti ovaj pristup da traže kvark‑gluonsku plazmu u jezgru neutronskih zvezda.
Možemo „čitati“ jezgro neutronskih zvezda: tragovi kvark‑gluonske plazme u gravitacionim talasima
An illustration of two neutron stars colliding and merging. | Credit: Robert Lea (created with Canva)
Naučnici su razvili teorijski metod koji može omogućiti da se iz frekvencija gravitacionih talasa pročita unutrašnja struktura neutronskih zvezda — pa čak i da se otkrije prisustvo kvark‑gluonske plazme, oblika materije koji je postojao neposredno nakon Velikog praska.
Kako to funkcioniše
Binarni sistemi neutronskih zvezda, koji se zbog gravitacione privlačnosti spiraloidno približavaju jedan drugom pre spajanja (kilonove), stvaraju snažne gravitacione plime. Te plime deformišu zvezde i izazivaju unutrašnje oscilacije — tzv. modove — čije frekvencije se upisuju u emitovane gravitacione talase.
Tim predvođen Nicolásom Yunesom (University of Illinois) i Abhishekom Hegadeom (Princeton) razvio je pristup koji opisuje svaki član binarnog sistema pojedinačno, tretirajući pratioca kao izvor plimnog polja. Autori su podelili zvezdu na regione sa različitim intenzitetom gravitacije, rešili aproksimativno ponašanje u svakoj regiji i zatim te rešenja povezali u konzistentnu celinu.
„Jedna od nada je da ćemo uspeti da dobijemo informacije o jednačini stanja neutronske zvezde pri gustinama koje vladaju u njenom unutrašnjem jezgru,“ rekao je Nicolás Yunes. „Da li zaista postoji kvark‑kern? Da li se dešavaju fazni prelazi koje još ne poznajemo?“
Ključni tehnički izazov i rešenje
U opštoj relativnosti, za razliku od Njutnove fizike, sistem može da gubi energiju emitovanjem gravitacionih talasa, što komplikuje definisanje potpunog skupa modova. Yunesov i Hegadeov tim pokazao je da se efekat emitovane radijacije može "oduzeti" u pravilno postavljenom problemu: nakon toga modovi unutrašnjosti čine potpunu bazu i moguće ih je matematički izvesti kao u klasičnom (njutnovskom) slučaju.
Neutron stars pack the mass of several suns into a city-sized sphere. | Credit: ESA
Prema autorima, to znači da se pri dovoljno glatkom plimnom polju i konzistentnom rešavanju odgovarajućih jednačina isti alati za razumevanje oscilacija mogu primeniti i u opštoj relativnosti.
Zašto je to važno
Ako budući detektori gravitacionih talasa dostignu neophodnu osetljivost na višim frekvencijama, ova metoda bi omogućila da se iz stvarnih signala identifikuju konkretni modovi zvezda i da se zaključi da li u njihovim jezgrima postoji kvark‑gluonska plazma ili neki drugi egzotičan oblik materije. To bi posredno osvetlilo uslove koji su vladali u ranim trenucima svemira odmah nakon Velikog praska.
Trenutni detektori nemaju dovoljnu osetljivost na potrebnim frekvencijama, ali tim je optimističan da će naredne generacije instrumenata omogućiti potvrdu ovih predviđanja.
Rad je objavljen 18. februara u časopisu Physical Review Letters.
Pomozite nam da budemo bolji.
