Menu Zamknij

Gwiazdy kwarkowe

Zatłoczone okolice odległej o 400 lat świetlnych konstelacji Korony Południa skrywają gwiazdę o średnicy 11,3 km o temperaturze 700 tysięcy stopni Celsjusza RX J1856 (strzałka w centrum). Jest to pierwszą zaobserwowana w historii ludzkości gwiazdą kwarkową.

 

Tajemnica Supernowej z 1181 Roku

Astronomowie zaobserwowali w miejscu eksplozji supernowej z 1181 roku parę gwiazd, które z pewnością nie są niczym co naukowcy kiedykolwiek oglądali. Zbyt chłodne i zbyt małe, aby być gwiazdami neutronowymi, jednocześnie nie są czarnymi dziurami. Jedynym wytłumaczeniem tej zagadki jest istnienie ciała niebieskiego mieszczącego się pomiędzy super-gęstymi gwiazdami neutronowymi a tajemniczymi czarnymi dziurami.

Plazma Gluonowo-Kwarkowa

Najprawdopodobniej astronomowie zaobserwowali jako pierwsi plazmę gluonowo-kwarkową – subtelny stan materii, który fizycy chcą stworzyć od dziesięcioleci – stan materii który wypełniał Wszechświat w pierwszych chwilach Wielkiego Wybuchu…

Obserwowanym obiektem była gwiazdą RX J1856.5-3754. Jej temperatura wynosi 700 tysięcy stopni Celsjusza, zaś promień 11,3 kilometra. Drugą obserwowana gwiazdą to 3C-58 – supernową, którą w 1181 roku obserwowali mieszkańcy Chin. Zgodnie z teorią gwiazd neutronowych, gwiazdą tego typu powstaje, gdy gęste jądro supernowej po kosmicznym kataklizmie zapada się i tworzy super-gęste skupienie neutronów zanurzonych w „zupie elektronowej”. Zaobserwowane obiekty, które powinny być gwiazdami neutronowymi są jednak zdecydowanie zbyt małe i zdecydowanie zbyt chłodne. Według przewidywań teoretycznych powinny już utworzyć czarną dziurę.

Obserwacje 3C58, pozostałości po supernowej widocznej na Ziemi w 1181 roku wykazały, że gwiazdą neutronowa wewnątrz chmury materii posiada zdecydowanie za niską temperaturę, co może wskazywać na istnienie nowego rodzaju super-gęstych gwiazd kwarkowych zbudowanych z plazmy kwarkowo-gluonowej.

Czarnej dziury jednak tam nie ma. Pozostaje jedyne rozwiązanie: gwiazdy są utworzone z plazmy kwarkowo-gluonowej.

Co to są Kwarki i Gluony?

Zgodnie z ostatnimi odkryciami w fizyce cząstek elementarnych protony, neutrony, miony i inne cząstki nie są niepodzielne. Mniejszymi cegiełkami są kwarki. Np. proton i neutron są zbudowane z 3 kwarków (każda cząstka ma inny zestaw). Mion ma ich w sobie dwa. Istnieją 3 rodziny kwarków każda po 2 osobniki różniące się ładunkiem (mają ułamkowy ładunek elementarny) masą i innymi właściwościami. Gluony z kolei to cząstki przenoszące oddziaływania silne między kwarkami (gluon pochodzi od angielskiego glue – klej).

Przeczytaj również:  Wiedza Dogonów

Istnieje 6 różnych rodzajów kwarków: zwykła materia złożona jest z kwarków u (górny), d (dolny), istnieją także krótko żyjące kwarki: s (dziwne), c (powabne), t (powierzchniowe lub piękne), b (denne lub prawdziwe). Ich nazwy (zapachy) pochodzą od nazw angielskich, których odpowiedniki polskie zostały przedstawione w nawiasach.

Plazma Kwarkowo-Gluonowa i Jej Znaczenie

Wyobraźmy sobie pewną ilość materii w pewnej zamkniętej przestrzeni. Jeśli będziemy zmniejszać objętość tej przestrzeni zmusimy atomy materii do częstszego zderzania się. W końcu atomy zjonizują się i jony dodatnie będą poruszać się niezależnie o elektronów, jeśli będziemy kontynuować ‘ściskanie’ to w końcu uderzenia między jonami doprowadzą do rozpadów jądrowych – protony i neutrony będą poruszać się niezależnie od siebie. Jak będziemy kontynuować ściskanie to w pewnym momencie uderzenia między protonami i neutronami będą na tyle energetyczne, aby rozbić potężne siły wiążące kwarki, które się rozpadną i otrzymamy w niewielkiej przestrzeni plazmę kwarkowo-gluonową. Jeśli będziemy kontynuować ściskanie materia się zapadnie i utworzy czarną dziurę.

Odkrycie Gwiazd Kwarkowych

Połączona siła Obserwatorium Chandra i Kosmicznego Teleskopu Hubblea pokazała, że widoczna na fotografii gwiazdą RX J1856 posada temperaturę 700000 stopni Celsjusza i ma średnicę zaledwie 11,3 kilometrów – dowód na to, że jest to pierwszą, zaobserwowana gwiazdą kwarkową.

Wyzwania w Badaniu Plazmy Kwarkowo-Gluonowej

Aby z Ziemi powstałą plazma kwarkowo-gluonową trzeba by ją ścisnąć do objętości dużej hali sportowej (aby zrobić z niej czarną dziurę, trzeba ją skompresować do objętości piłeczki tenisowej). Plazma kwarkowo-gluonową została przewidziana wiele lat wcześniej. Fizycy pragną stworzyć ją w swych laboratoriach ponieważ da to możliwość niepowtarzalnej analizy świata kwarków – wciąż słabo poznanego. Moglibyśmy się dowiedzieć, czy kwarki są już fundamentalnymi cząstkami, czy jeszcze da się je podzielić. Obecnie na Ziemi budowany jest akcelerator cząstek LHC (Large Hadron Collider – Wielki Zderzacz Hadronów), w którym teoretycznie będzie możliwe chwilowe stworzenie takiej plazmy, budowa jednak potrwa jeszcze kilka lat.

Przeczytaj również:  Kosmiczne Kopalnie

Nowy Rodzaj Gwiazd: Gwiazdy Kwarkowe

Teraz wygląda na to, że te dwie gwiazdy: RX J1856.5-3754 i 3C-58 (znajdujące się w konstelacji Korona Południowa) są zbudowane z plazmy kwarkowo-gluonowej. Wskazuje na to ich mała objętość (11,3 km średnicy) przy jednocześnie bardzo dużej masie oraz niewielkiej ilości emitowanej energii (nie wykryto promieniowania X 3C-58, co świadczy że jej temperatura wynosi znacznie mniej niż podejrzewano). Nowy rodzaj gwiazd otrzymał już nową nazwę: gwiazdy kwarkowe.

Alternatywne Wyjaśnienia i Dalsze Badania

Drake ostrzega co prawda, że możliwe jest również inne wyjaśnienie cech RXJ1856. Może to być bardziej normalną gwiazdą neutronowa z gorącym punktem. Taki model rozważa Fred Walter z Uniwersytetu Stanowego w Nowym Jorku, jeden z odkrywców RXJ1856.

Jednak taki model wymaga, żeby gwiazdą pulsowała. Pulsacją RXJ1856 nie została zaobserwowana i żeby wyjaśnić jej brak prowadzone są teraz dokładniejsze pomiary.

Znaczenie Odkrycia dla Fizyki

„Niezależnie jakie okaże się rozwiązanie tajemnicy tych gwiazd, tak dokładne obserwacje są same w sobie dużym osiągnięciem” – mówi Michael Turner z Uniwersytetu Chicago. – „Świadczą, że możemy użyć Wszechświata jako laboratorium i badać najbardziej fundamentalne problemy fizyczne”.

Rola Obserwatorium Chandra w Odkryciu

Odkrycie zostało dokonane przy pomocy Obserwatorium Promieniowania X – Chandra. Odkrycia dokonała grupa naukowców pod kierownictwem Jeremy Drake’a z Centrum Astrofizycznego Harvard-Smithson. Wiadomość została podana do wiadomości publicznej w ostatnią środę na konferencji prasowej, w ośrodku NASA w Waszyngtonie.