Βλέποντας άστρα με παράξενα κουάρκς

Πηγή: PhysOrg.com, Φεβρουάριος 2006

Θα μπορούσαμε αυτά που βλέπουμε σαν αστέρια νετρονίων να είναι παράξενα αστέρια; O Prashanth Jaikumar και οι συνάδελφοι ερευνητές του αυτό νομίζουν. Δημοσίευσαν πρόσφατα μια επιστολή στο Physical Review Letters που επαναπροσδιορίζουν τα χαρακτηριστικά ενός άστρου που αποτελείται κυρίως από παράξενα κουάρκς.

Οι φυσικοί πιστεύουν ότι εάν αυτά τα παράξενα αστέρια υπάρχουν έχουν μια τεράστια μεταβολή της πυκνότητας στην επιφάνεια τους και επιδεικνύουν μια φωτεινότητα πολύ περισσότερο από τα υπόλοιπα άστρα. Η θεωρία μας λέει ότι το ηλεκτρικό πεδίο ενός παράξενου αστεριού στην επιφάνειά του θα ήταν τόσο μεγάλο που θα ήταν αδύνατο να επιβεβαιωθεί ότι είναι ένα παράξενο άστρο. Αυτό το παράδειγμα υπάρχει στην αστροφυσική επειδή υπάρχει πιθανότητα τα άστρα να φτιάχνονται από τα παράξενα κουάρκ.

Ο Jaikumar, του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne στο Ιλλινόις, και δύο συνεργάτες του από το Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos στο Νέο Μεξικό θέλουν όμως να αλλάξουν αυτή την εικόνα. Μαζί με τον Sanjay Reddy και τον Andrew Steiner, ο Jaikumar έχει αναπτύξει μια νέα θεωρία για το πως θα έμοιαζε  ένα παράξενο αστέρι. Και δεν είναι τόσο προφανές όπως νομίζαμε.

"Δεν έχουμε βρει παράξενα αστέρια ακόμα",  εξηγεί ο Jaikumar. "Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν. Ίσως τα έχουμε βρει. Ίσως μερικά από αυτά τα αστέρια νετρονίων να είναι πραγματικά παράξενα αστέρια. Σύμφωνα με τη θεωρία μας, θα ήταν πολύ δύσκολο να βεβαιώσουμε ένα παράξενο αστέρι από ένα αστέρι νετρονίων."

Έτσι, εάν τα παράξενα αστέρια μοιάζουν παρατηρώντας τα με τα αστέρια νετρονίων, πώς οι φυσικοί θα τα ξεχώριζαν; Ο Jaikumar αναγνωρίζει ότι υπάρχει κάποια δυσκολία εκεί. "Μπορεί να υπάρχει μια μικρή διαφορά. Θα εξετάζατε τη θερμοκρασία της επιφάνειας τους και θα βλέπατε πώς ψύχονται τα αστέρια. Εάν είναι υλικό από κουάρκς, οι ρυθμοί εκπομπής είναι διαφορετικοί, έτσι το παράξενο αστέρι μπορεί να ψύχεται λίγο γρηγορότερα. Οι άνθρωποι νομίζουν ότι αυτό θα ήταν μια μέθοδος διάκρισης, αλλά εμείς λέμε ότι μπορεί αυτό να μην είναι και τόσο εύκολο".

Οι Jaikumar, Reddy, και Steiner εξηγούν επίσης τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας ενός παράξενου αστεριού. Κάτω από την παραδοσιακή άποψη, η επιφάνεια των παράξενων αστεριών είναι ομαλή, γι αυτό και μεταβάλλεται αρκετά η πυκνότητα στην επιφάνεια του καθώς και το μεγάλο ηλεκτρικό πεδίο. Η ιδέα που υιοθετείται για τα παράξενα άστρα από τον Jaikumar και τους συναδέλφους του περιλαμβάνει ένα φλοιό με ψήγματα παράξενων κουάρκς.

"Είναι σαν να παίρνεις νερό", λέει ο  Jaikumar, "με μια επίπεδη επιφάνεια. Προσθέστε απορρυπαντικό για να μειώσετε την επιφανειακή τάση, κάτι που επιτρέπει να σχηματιστούν οι φυσαλίδες. Σε ένα παράξενο αστέρι, οι φυσαλίδες αποτελούνται από παράξενα κουάρκς, και επιπλέουν μέσα σε μια θάλασσα ηλεκτρονίων. Συνεπώς, η επιφάνεια του αστεριού μπορεί να είναι φλοιώδης, μη ομαλή. Μέχρι τώρα η επίδραση της επιφανειακής τάσης είχε αγνοηθεί".

Και αυτό εξηγεί, επίσης, γιατί ένα παράξενο αστέρι δεν θα χρειαζόταν να έχει ένα μεγάλο ηλεκτρικό πεδίο στην επιφάνεια του ή να ήταν υπερ-φωτεινό. Επιτρέπει η θεωρία αυτή, επίσης, σε ένα παράξενο αστέρι να είναι λιγότερο πυκνό από όσο πιστεύαμε στην αρχή. Κάθε αστρικός πυρήνας μπορεί να είναι πυκνός, αλλά μια επιφάνεια ενός παράξενου άστρου δεν πρέπει να είναι τόσο πυκνή όσο παλιά νομίζαμε ούτε πιθανά ουδέτερη.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι όταν η ύλη έχει υψηλή πυκνότητα από παράξενα κουάρκς, τότε είναι σταθερότερη από τη κανονική ύλη, που αποτελείται από κουάρκ πάνω και κουάρκ κάτω. Ξέρουμε ότι αυτά τα υποατομικά σωματίδια - πάνω και κάτω κουάρκ - φτιάχνουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Όμως ο Jaikumar θεωρεί ότι καθώς μειώνεται η περιστροφή του άστρου νετρονίων και αυξάνεται η πυκνότητα του πυρήνα του, μπορεί να μετατραπεί σε μια πιο σταθερή κατάσταση από το υλικό των παράξενων κουάρκ, διαμορφώνοντας κατά συνέπεια ένα παράξενο αστέρι.

Η νέα άποψη για τα παράξενα άστρα έχει εκτεταμένες εφαρμογές. Ο Jaikumar εξηγεί: "Η ανακάλυψη ενός παράξενου άστρου θα βοηθούσε στην καλύτερη κατανόηση της Κβαντικής Χρωμοδυναμικής (QCD), τη θεμελιώδης θεωρία της πυρηνικής δύναμης. Και θα έφερνε επίσης τις πρώτες στέρεες αποδείξεις για σταθερή ύλη από κουάρκ".