Extreem dichte en exotische hypothetische kosmische objecten die bekend staan als "vreemde quarksterren" kunnen in het universum bestaan. Terwijl astrofysici blijven discussiëren over het bestaan van quarksterren, heeft een team van natuurkundigen ontdekt dat het overblijfsel van een fusie van neutronensterren die in 2019 werd waargenomen, precies de massa heeft die nodig is om er één te zijn.
Wanneer sterren sterven, trekken hun kernen zo sterk samen dat ze in nieuwe soorten objecten veranderen. Als de zon bijvoorbeeld uiteindelijk uitsterft, zal hij een witte dwerg achterlaten, een bol ter grootte van een planeet van sterk samengeperste koolstof- en zuurstofatomen. Wanneer zelfs grotere sterren exploderen in catastrofale explosies die supernova's worden genoemd, laten ze neutronensterren achter. Deze ongelooflijk dichte objecten zijn slechts een paar kilometer in doorsnee, maar hun massa kan meerdere malen groter zijn dan die van de zon. Zoals hun naam al doet vermoeden, zijn ze bijna volledig samengesteld uit pure neutronen, waardoor ze in feite kilometerslange atoomkernen zijn.
Neutronensterren zijn zo exotisch dat natuurkundigen ze nog niet volledig hebben begrepen. Hoewel we kunnen observeren hoe neutronensterren interageren met hun omgeving en goede gissingen kunnen maken over wat er met deze neutronenmaterie nabij het oppervlak gebeurt, blijft de samenstelling van hun kernen ongrijpbaar.
Het probleem is dat neutronen geen volledig fundamentele deeltjes zijn. Hoewel ze samen met protonen atoomkernen vormen, bestaan neutronen zelf uit nog kleinere deeltjes die quarks worden genoemd.
Er zijn zes soorten, of aroma's, quarks: omhoog, omlaag, boven, onder, raar en charme. Een neutron bestaat uit twee down-quarks en één up-quark. Als je te veel atomen samen afvlakt, veranderen ze in een gigantische bal van neutronen. Dus als je te veel neutronen samenknijpt, zullen ze dan veranderen in een gigantische bal van quarks?
De antwoorden variëren van "misschien" tot "het is moeilijk". Het probleem is dat quarks er echt niet van houden om alleen te zijn. De sterke kernkracht, die de quarks in de kern bindt, neemt zelfs toe met de afstand. Als je twee quarks samen probeert te trekken, neemt de kracht om ze terug te trekken toe. Uiteindelijk wordt de zwaartekracht tussen hen zo groot dat er nieuwe deeltjes in het vacuüm verschijnen, inclusief nieuwe quarks, die zich gelukkig hechten aan de gescheiden deeltjes.
Als je een macroscopisch object zou willen maken uit de up- of down-quarks waaruit een neutron bestaat, dan zou dat object heel snel en heel heftig exploderen.
Maar misschien is er een manier die vreemde quarks gebruikt. Op zichzelf zijn vreemde quarks behoorlijk zwaar, en wanneer ze mogen rusten, vervallen ze snel in lichtere up- en down-quarks. Wanneer echter grote aantallen quarks worden gecombineerd, kan de fysica veranderen. Natuurkundigen hebben ontdekt dat vreemde quarks zich kunnen hechten aan up- en down-quarks om tripletten te vormen die bekend staan als sterretjes, die stabiel kan zijn - maar alleen onder extreme druk.
Als je een neutronenster te veel samendrukt, verliezen alle neutronen hun vermogen om de ster te ondersteunen en explodeert hij en vormt een zwart gat. Maar er kan een tussenstadium zijn waarin de druk hoog genoeg is om neutronen op te lossen en een vreemde quarkster te vormen, maar niet sterk genoeg om de zwaartekracht over te nemen.
Astronomen verwachten niet veel vreemde sterren in het heelal te vinden, deze objecten zouden zwaarder moeten zijn dan neutronensterren maar lichter dan zwarte gaten, en er is niet veel bewegingsruimte. En aangezien we de fysica van vreemde sterren niet volledig begrijpen, weten we niet eens de exacte massa waarmee vreemde sterren kunnen bestaan.
Maar een team van astronomen heeft onlangs gekeken naar GW190425, een zwaartekrachtgolf die wordt veroorzaakt door de samensmelting van twee neutronensterren die in 2019 zijn waargenomen. Samen met de enorme hoeveelheid zwaartekrachtsgolven resulteert het samensmelten van neutronensterren in de vorming van een kilonova, een explosie die krachtiger is dan een normale nova, maar zwakker dan een supernova. Hoewel astronomen geen elektromagnetisch signaal van deze gebeurtenis konden detecteren, hebben ze in 2017 een soortgelijke gebeurtenis waargenomen die zowel zwaartekrachtsgolven als straling produceerde.
Wanneer twee neutronensterren samensmelten, zijn er verschillende opties voor de ontwikkeling van gebeurtenissen, afhankelijk van hun massa, spins en botsingshoek. Volgens theoretische berekeningen kunnen neutronensterren elkaar vernietigen, een zwart gat vormen of een iets massievere neutronenster creëren.
En volgens een nieuwe studie zouden deze kosmische botsingen kunnen leiden tot de vorming van een vreemde quarkster.
Het team schatte dat de massa van het object dat overblijft na de fusie van 2019 ergens tussen de 3,11 en 3,54 zonsmassa's ligt. Gebaseerd op ons beste begrip van de structuur van neutronensterren, is dat te veel massa en zou het in een zwart gat moeten zijn geëxplodeerd. Maar het valt ook binnen het bereik van massa's dat wordt toegestaan door structurele modellen van deze vreemde sterren.
Het is te vroeg om te zeggen of 190425 GW2019 onze eerste waarneming is van een zeldzame ster met een vreemde quark, maar toekomstige waarnemingen (en meer theoretisch werk) kunnen astronomen helpen de locatie van een van deze exotische wezens te bepalen.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Lees ook:
- Massieve sterren kunnen planeten "stelen"
- De Large Hadron Collider hielp bij het vinden van een nieuwe manier om quarkmassa te meten