Πέμπτη, 7 Απριλίου 2016

Μπορεί να υπάρχουν και ‘ηλεκτρασθενή’ άστρα στο σύμπαν;

Φυσικοί ισχυρίζονται ότι μπορεί να κρύβονται ‘ηλεκτρασθενή’ αστέρια στο σύμπαν. Τέτοια αστέρια, λένε οι ερευνητές, θα μπορούσαν να γίνουν ορισμένα βαρέα αστέρια από τη στιγμή που έχουν καταναλώσει τα πυρηνικά τους καύσιμα και προτού καταρρεύσουν σε μια μαύρη τρύπα. Αυτή η θεωρητική πρόβλεψη δείχνει ότι η κατανόηση που έχουμε σήμερα για την αστρική εξέλιξη μπορεί να είναι ελλιπής.

Μήπως εκεί πάνω στον ουρανό λάμπουν και ηλεκτρασθενή άστρα;

 Τα συμβατικά αστέρια είναι σταθερά σώματα, δεδομένου ότι η προς τα έξω πίεση της ακτινοβολίας της ενέργειας, που απελευθερώνεται από τις πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης, ισορροπεί την προς τα μέσα βαρυτική δύναμη της αστρικής ύλης. Μόλις ένα αστέρι καίει εξ ολοκλήρου τα πυρηνικά του καύσιμα, τότε συμπιέζεται εξ αιτίας της βαρυτικής δύναμης. Το τι θα συμβεί στη συνέχεια εξαρτάται από το πόσο μεγάλο είναι το αστέρι. Αστέρια κάτω από ένα ορισμένο όριο μάζας καταρρέουν για να σχηματίσουν ένα άστρο νετρονίων, στο οποίο σχεδόν όλα τα πρωτόνια μετατρέπονται σε νετρόνια. Με την ηλεκτροστατική άπωση να μην υπάρχει πια το αστέρι γίνεται έτσι εξαιρετικά πυκνό. Ωστόσο, η περίφημη Απαγορευτική Αρχή του Pauli μεταξύ των νετρονίων, εμποδίζει την τελική κατάρρευση των πιο ελαφρών άστρων.

Τα σχετικά βαριά άστρα νετρονίων θα γίνουν τελικά μαύρες τρύπες, αλλά μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι προς τον δρόμο για την άπειρη πυκνότητα, αυτά τα αντικείμενα μπορούν να εξελιχθούν σε "αστέρια κουάρκ”, στα οποία τα νετρόνια διασπούνται στα συστατικά τους κουάρκ. Ο Glenn Starkman του Πανεπιστημίου Case Western Reserve, μαζί με τους De-Chang Dai και Dejan Stojkovic του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης και τον Arthur Lue του MIT, έχουν πλέον μελετήσει τι μπορεί να συμβεί σε τέτοια αστέρια καθώς τα κουάρκ συμπιέζονται σε όλο και μεγαλύτερες πυκνότητες και πιέσεις.

Μετατροπή σε λεπτόνια

Οι ερευνητές λένε ότι η συμπεριφορά των κουάρκ θα πρέπει να αλλάζει ριζικά, αν η θερμοκρασία του άστρου υπερβαίνει εκείνη στην οποία η ασθενής και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη γίνονται μία ενιαία δύναμη. Έτσι και η θερμοκρασία ξεπεράσει αυτό το όριο ή την ηλεκτρασθενή θερμοκρασία όπως λέγεται, τα κουάρκ μπορούν να μετατραπούν σε λεπτόνια, απελευθερώνοντας τεράστια ποσά ενέργειας κατά τη διαδικασία, επειδή τα νετρίνα που εκπέμπονται μπορούν να απομακρύνουν την ενέργεια από τον πυρήνα ενός άστρου. Η τελευταία κατάρρευση προς μία μαύρη τρύπα θα πρέπει να σταματήσει από την ‘καύση’ των κουάρκ.

"Αυτή είναι μια διαδικασία που προβλέπεται από το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής", λέει ο Starkman. "Σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι τόσο απίστευτα σπάνιο φαινόμενο, που πιθανόν να μην έχει συμβεί στο ορατό σύμπαν ποτέ κατά τα τελευταία 10 δισεκατομμύρια χρόνια, εκτός ίσως από τον πυρήνα αυτών των ηλεκτρασθενών άστρων ή και στα εργαστήρια ορισμένων προηγμένων ξένων πολιτισμών."

Ο Stojkovic επισημαίνει ότι η αστρική κατάρρευση μπορεί να θεωρηθεί ως το αντίστροφο της διαστολής που πραγματοποιήθηκε μετά το Big Bang. Εξηγεί ότι επειδή ήταν τα κουάρκ με μάζα δημιουργήθηκαν στην ηλεκτρασθενή θερμοκρασίες καθώς το σύμπαν επεκτάθηκε, έτσι και αυτά τα κουάρκ πρέπει να καταστρέφονται μόλις τα άστρα φθάσουν σε αυτές τις θερμοκρασίες από την άλλη κατεύθυνση. Αν πιστεύουμε στο Καθιερωμένο Μοντέλο, δεν μπορούμε να αποφύγουμε αυτή τη φάση στην αστρική εξέλιξη των πολύ μεγάλων άστρων.

Στη δημοσιευμένη ανάλυση τους οι ερευνητές διερευνούν για πόσο καιρό ένα αστέρι μπορεί να υπάρχει σε μια τέτοια "ηλεκτρασθενή" κατάσταση. Ακριβώς όπως ένα αστέρι στην κανονική του κατάσταση αποφεύγει την βαρυτική κατάρρευση με την καύση των πυρηνικών καυσίμων του, έτσι και στην ηλεκτρασθενή του κατάσταση θα αντισταθεί την κατάρρευση του καίγοντας κουάρκ. Η ομάδα υπολόγισε το ρυθμό στον οποίο η ύλη από κουάρκ θα μπορούσε να περάσει από τα εξωτερικά στρώματα ενός αστέρα στον σούπερ-καυτό και πυκνό πυρήνα του, και βρήκαν ότι η καύση θα μπορούσε να διαρκέσει μέχρι και 10 εκατομμύρια χρόνια. Αυτός, λένε, είναι αρκετός χρόνος για να θεωρήσουν ένα τέτοιο άστρο σαν ξεχωριστό αντικείμενο από μόνο του – ένα αστέρι ηλεκτρασθενές. Στην πραγματικότητα, λέει ο Starkman, αν η διαδικασία της καύσης είναι αρκετά αποτελεσματική, τότε το αστέρι μπορεί να καταναλώνει επαρκή μάζα για να μην γίνει ποτέ μια μαύρη τρύπα.

Παραμένουν τα ερωτήματα

O Starkman βεβαίως παραδέχεται ότι παραμένουν πολλά ερωτήματα. Για παράδειγμα, λέει, είναι πιθανό ότι η ηλεκτρασθενής φάση ενός άστρου μπορεί να είναι εξαιρετικά ασταθής και έτσι στην πραγματικότητα θα μπορούσε να μην διαρκεί περισσότερο από ένα δευτερόλεπτο. Επισημαίνει, επίσης, ότι η παρατήρηση ενός τέτοιου αντικειμένου θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά δύσκολη. Η περισσότερη εκπεμπόμενη ενέργεια θα πρέπει να παρασύρεται μακριά από τα νετρίνα, αλλά λόγω της αδράνειας των νετρίνων είναι απίθανο ότι κάποια πειράματα θα μπορούσαν να την ανιχνεύσουν. Κάποια ενέργεια είναι επίσης πιθανό να απομακρύνεται κι από τα φωτόνια, αλλά το ποσοστό αυτό θα είναι μικρό. Ως εκ τούτου, η ανακάλυψη της πιθανής ηλεκτρομαγνητικής υπογραφής ενός ηλεκτρασθενούς άστρου, θα απαιτούσε μια καλύτερη κατανόηση των εξωτερικών στρωμάτων του άστρου και πώς τα φωτόνια διέρχονται μέσω αυτών των στρωμάτων, μια κατανόηση που φαίνεται ότι οι ερευνητές δεν έχουν ακόμα.

Ο Pavel Kroupa του Πανεπιστημίου της Βόννης αναφέρει ότι αυτή η έρευνα "φαίνεται να είναι μια όμορφη εφαρμογή του στάνταρτ μοντέλου της φυσικής, κι ότι εάν είναι αλήθεια θα σήμαινε την ύπαρξη ενός εντελώς νέου τύπου άστρου".

Ωστόσο, ο Paolo Gondolo του Πανεπιστημίου της Γιούτα θεωρεί ότι είναι εντελώς αβάσιμα ότι θα υπάρχει ένα τέτοιο ηλεκτρασθενές αστέρι. Υποστηρίζει ότι η πίεση της ακτινοβολίας που ασκείται από την ‘καύση’ των κουάρκ θα ήταν τόσο ισχυρή που αυτή θα έσπρωχνε τα εξωτερικά στρώματα του άστρου μακριά.

Η έρευνα έχει υποβληθεί για δημοσίευση στο Physical Review Letters

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου