Jednego możemy być pewni. Wnętrza gwiazd neutronowych zbudowanej są z materii o największej gęstości możliwej do osiągnięcia we wszechświecie. Nic zatem dziwnego, że często naukowcy mówią o gwiazdach neutronowych, jako o gigantycznych jądrach atomowych, w których gęstość jest wielokrotnie wyższa niż w pojedynczych protonach czy neutronach.
Nic zatem dziwnego, że wnętrza masywnych gwiazd neutronowych są niezwykle interesujące zarówno dla astronomów, jak i fizyków zajmujących się na co dzień cząstkami elementarnymi. Monstrualne ciśnienie panujące w centrum takiej gwiazdy teoretycznie może sprawiać, że protony i neutrony przechodzą w zupełnie nową fazę materii, łącząc się ze sobą w tzw. zimną materię kwarkową, w której już pojedyncze cząstki nie istnieją. Wszystko wskazuje na to, że w takim stanie materii składowe kwarki i gluony tracą swoje ograniczenia i poruszają się wewnątrz materii niemal swobodnie.
Czytaj także: Huragan w otoczeniu gwiazdy neutronowej. Astronomowie zajmują się kosmiczną meteorologią
Zespół naukowców z Uniwersytetu Helsińskiego podjął się ostatnio próby ilościowego oszacowania prawdopodobieństwa występowania jądra z zimnej materii kwarkowej we wnętrzach masywnych gwiazd neutronowych. W toku badań badacze ustalili, że istnienie materii kwarkowej jest niemal pewne w najmasywniejszych gwiazdach neutronowych. Prawdopodobieństwo jej istnienia ustalono na 80-90 procent.
Skoro jednak nie jest to 100 procent, to jaka jest alternatywa? Naukowcy przyznają, że istnieje możliwość, w której wszystkie gwiazdy składają się z materii jądrowej, a gdy dojdzie do pojawienia się choć odrobiny materii kwarkowej, dochodzi do destabilizacji gwiazdy i jej zapadnięcia się w czarną dziurę.
Badacze zwracają uwagę, że ustalenie stanu faktycznego wbrew pozorom jest możliwe na odległość. Konieczne będzie ustalenie granic siły przejścia fazowego z materii jądrowej w kwarkową. Teoretycznie powinno być to możliwe, jeżeli uda nam się zarejestrować fale grawitacyjne emitowane na ostatnim etapie procesu łączenia dwóch gwiazd neutronowych.
Czytaj także: Żyją krótko, ale intensywnie. Superciężkie gwiazdy neutronowe to prawdziwy ewenement kosmosu – wiemy, jak je wykryć
Do wykonania szacunków naukowcy wykorzystali olbrzymią bazę obliczeń wykonywanych za pomocą superkomputera i uwzględniających wnioskowanie bayesowskie, w którym prawdopodobieństwa różnych parametrów modelu wnioskuje się poprzez bezpośrednie porównanie z danymi obserwacyjnymi. To właśnie w ten sposób możliwe stało się wyznaczenie nowych ograniczeń właściwości materii tworzącej gwiazdy neutronowe.
Naukowcy przyznają, że każda kolejna obserwacja gwiazdy neutronowej pozwala nam z coraz większą precyzją określać właściwości całej klasy tych obiektów. Do porównania przewidywań teoretycznych z obserwacjami, a tym samym do ustalenia ograniczeń prawdopodobieństwa istnienia jąder zbudowanych z materii kwarkowej konieczne było wykorzystanie milion godzin procesorów superkomputerów. Jak widać, opłaciło się.