Τρίτη, 4 Απριλίου 2017

Παράξενα άστρα από κουάρκ

strange_quark_starΤα άτομα αποτελούνται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Εάν τα ανακατέψουμε μαζί και τα θερμάνουμε μέχρι να φτάσουμε στην κατάσταση του πλάσματος, όπου τα ηλεκτρόνια είναι χαλαρά συνδεδεμένα με τους ατομικούς πυρήνες, θα έχουμε ένα δυναμικό μίγμα, που εκπέμπει φως, θετικών φορτισμένων ιόντων και αρνητικών φορτισμένων ηλεκτρονίων. Αν ανακατέψουμε αυτό το υλικό μαζί, με ακόμη περισσότερη πίεση, αναγκάζεται τα ηλεκτρόνια να συγχωνευθούν με τα πρωτόνια και έχουμε μείνει μόνο με μια συλλογή νετρονίων – όπως συμβαίνει με ένα αστέρι νετρονίων. Τι όμως θα συμβεί αν αυτά τα νετρόνια τα συμπιέσουμε ακόμα περισσότερο προς ακόμη μεγαλύτερη πυκνότητα; Λοιπόν, τελικά θα έχετε μια μαύρη τρύπα – αλλά πριν από αυτό το στάδιο (τουλάχιστον υποθετικά) θα έχετε ένα παράξενο αστέρι.
 
Ένα βήμα πιο κοντά σε μια μαύρη τρύπα; Ένα υποθετικό παράξενο άστρο που προκύπτει από μια ακραία βαρυτική συμπίεση που ξεπερνάει την ισχυρή αλληλεπίδραση που κρατά μαζί τα νετρόνια
 
Η θεωρία λέει πως η συμπίεση των νετρονίων μπορεί να ξεπεράσει τελικά την ισχυρή αλληλεπίδραση, σπάζοντας τελικά τα νετρόνια στα συστατικά του, σε κουάρκ, δίνοντας ένα περίπου ίσο μείγμα από το πάνω, το κάτω και το παράξενο κουάρκ – επιτρέποντας στα σωματίδια να είναι ακόμα πιο κοντά σε ένα μικρότερο όγκο. Κατά συνθήκη, αυτό το μίγμα ονομάζεται παράξενη ύλη. Έχει διατυπωθεί η άποψη ότι πολλά άστρα νετρονίων μπορεί να έχουν παράξενη ύλη μέσα στους συμπιεσμένους πυρήνες τους.
 
Ωστόσο, κάποιοι λένε ότι η παράξενη ύλη έχει βασικά μια πιο σταθερή διαμόρφωση από οποιαδήποτε άλλη ύλη. Έτσι, από τη στιγμή που ο πυρήνας ενός αστέρα αποτελείται από παράξενη ύλη, η επαφή μεταξύ αυτής και της βαρυονικής ύλης (δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια) μπορεί να οδηγήσουν την βαρυονική ύλη να υιοθετήσει την παράξενη (αλλά πιο σταθερή) διαμόρφωση της ύλης. Αυτή όμως η ιδέα κρύβεται πίσω από την σκέψη ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων μπορεί να καταστρέψει τη Γη με την παραγωγή των λεγόμενων strangelets, που θα καταστρέψουν τη Γη. Ωστόσο, επειδή στον LHC δεν έχει συμβεί ποτέ κάτι τέτοιο, είναι εύλογο να πιστεύουμε ότι τα παράξενο αστέρια πιθανότατα δεν σχηματίζονται με αυτό το τρόπο.
 
Το πιο πιθανό είναι να υπάρχει ένα «γυμνό» παράξενο αστέρι, με παράξενη ύλη που εκτείνεται από τον πυρήνα έως την επιφάνειά του, που θα μπορούσε να εξελιχθεί με φυσικό τρόπο κάτω από το βάρος του. Μόλις ο πυρήνας ενός αστέρα νετρονίων αποκτήσει παράξενη ύλη, θα πρέπει να συμπτυχθεί προς τα μέσα, αφήνοντας έτσι χώρο στο διπλανό εξωτερικό στρώμα να τραβηχτεί προς τα μέσα με μικρότερη ακτίνα και μεγαλύτερη πυκνότητα, οπότε η ύλη του μπορεί επίσης να είναι παράξενη … και ούτω καθεξής. Και επειδή φαίνεται απίθανο να έχουμε ένα αστέρι του οποίου ο πυρήνας να είναι τόσο πυκνός, που να είναι ουσιαστικά μια μαύρη τρύπα, αλλά ακόμα με ένα φλοιό σαν άστρο – γι αυτό λέμε ότι όταν ένα αστέρι νετρονίων αναπτύσσει ένα πυρήνα με παράξενη ύλη, γίνεται αναπόφευκτα παράξενο όλο.
 
Εν πάση περιπτώσει, αν αυτά υπάρχουν, τα παράξενα αστέρια θα πρέπει να έχουν κάποια χαρακτηριστικά περίεργα. Γνωρίζουμε ότι οι αστέρες νετρονίων τείνουν να βρίσκονται στην περιοχή από 1,4 έως 2 ηλιακές μάζες – και ότι κάθε αστέρι με πυκνότητα σαν του άστρου νετρονίων άνω των 10 ηλιακών μαζών πρέπει να γίνει μαύρη τρύπα. Που αφήνει λίγο κενό χώρο – αν και υπάρχουν αποδείξεις για αστρικές μαύρες τρύπες με μόλις 3 ηλιακές μάζες – για τα παράξενα αστέρια να έχουν ένα εύρος 2 – 3 ηλιακές μάζες.
 
quark_star
Με την υιοθέτηση μιας πιο συμπιεσμένης "βασικής κατάστασης" της ύλης, ένα παράξενο αστέρι (από κουάρκ) πρέπει να είναι μικρότερο, αλλά με περισσότερη μάζα, από ένα αστέρι νετρονίων. Το άστρο RXJ1856 είναι καλό σε μέγεθος, αλλά μπορεί να μην έχει τόση μάζα για να ταιριάζει με τη θεωρία.
 
Οι πιο πιθανές ηλεκτροδυναμικές ιδιότητες των παράξενων άστρων είναι επίσης ενδιαφέρουσες. Είναι πιθανό ότι τα ηλεκτρόνια να μετατοπίζονται προς την επιφάνεια – αφήνοντας το σώμα του άστρου με καθαρό θετικό φορτίο, που περιβάλλεται από μια ατμόσφαιρα αρνητικών ηλεκτρονίων. Υποθέτοντας μία μοίρα διαφορικής περιστροφής μεταξύ του άστρου και της ατμόσφαιρας της από ηλεκτρόνια, μια τέτοια δομή θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο το μέγεθος που μπορεί να παρατηρηθεί σε ορισμένα υποψήφια παράξενα αστέρια.
 
Ένα άλλο ιδιαίτερο χαρακτηριστικό πρέπει να είναι ένα μέγεθος που είναι μικρότερο από τα περισσότερα αστέρια νετρονίων. Ένα υποψήφιο παράξενο άστρο είναι το RXJ1856, που φαίνεται να είναι ένα άστρο νετρονίων, αλλά έχει διάμετρο μόλις 11 χλμ. Ορισμένοι αστροφυσικοί μπορεί να δυσπιστούν, αλλά μένει να επιβεβαιωθεί ότι είναι ένα πραγματικό παράξενο άστρο.