국제 물리학자 팀의 연구에 따르면, 가장 무거운 중성자별의 핵에 초밀도 비제한 쿼크 물질이 존재할 가능성이 매우 높다고 합니다. 님이 이끄는 팀 알렉시 부오리넨 헬싱키 대학의 연구진은 중성자별 관찰에 베이지안 추론을 적용하여 가장 무거운 물체에 이국적인 물질 상태가 존재한다는 결론을 80~90% 내렸습니다.
극단적인 온도와 압력에서 양자장 이론은 쿼크와 글루온이 양성자, 중성자 및 기타 강입자에서처럼 더 이상 서로 단단히 결합하지 않을 것이라고 예측합니다. 대신, 그들은 한정되지 않은 쿼크 물질이라고 불리는 이국적인 쿼크-글루온 플라즈마에서 개별적으로 자유롭게 존재할 수 있습니다.
이 물질 상태는 빅뱅 이후 첫 순간에 우주를 지배했다고 믿어집니다. 또한 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)와 같은 시설에서 무거운 핵을 함께 부수어 매우 짧은 시간 동안 만들어졌습니다.
조밀하고 컴팩트한 물체
"입자 충돌기를 이용한 고밀도 핵 및 쿼크 물질에 대한 실험적 연구는 여전히 매우 어려운 일이지만, 쿼크 물질은 현존하는 가장 밀도 있고 가장 작은 천체 물리학적 물체인 중성자별의 핵심에 자연적으로 존재할 수 있다는 것이 오랫동안 알려져 왔습니다. "라고 Vuorinen은 설명합니다.
중성자별은 태양보다 더 많은 물질을 반경 10~20km의 물체로 압축하는 붕괴된 별의 핵입니다. 중성자별의 밀도는 지각에서 중심부까지 증가할 것으로 예상됩니다. 결과적으로 그러한 별 내부의 전자와 양성자는 함께 부서져 대부분 중성자로 구성된 물질을 생성할 것으로 예상됩니다.
더욱이, 일부 물리학자들은 중성자별 중심부의 온도와 압력이 강입자 물질에서 비제한 쿼크 물질로 상전이를 일으킬 만큼 충분히 높을 수 있다고 믿습니다. 이러한 위상 전환의 증거를 찾기 위해 Vuorinen 팀은 관측 데이터와 직접 비교하여 다양한 모델 매개변수의 가능성을 추론하는 통계적 추론 방법인 "베이지안 추론"을 사용했습니다.
상태 방정식
이 경우 관측값은 중성자별의 "상태 방정식"입니다. 상태방정식은 중성자별의 압력과 밀도를 연결하며, 질량과 반경 등 중성자별의 특성을 관찰하여 추론할 수 있습니다.
"우리는 이 접근 방식을 이전에 중성자별 물질 연구에서 개척한 프레임워크에 결합했습니다. 여기서 밀도가 높은 쿼크 물질의 상태 방정식은 정확하게 알려진 저밀도 및 고밀도 체제 사이에 보간됩니다."라고 Vuorinen은 설명합니다. 한정되지 않은 쿼크 물질의 상태 방정식은 하드론 물질의 상태 방정식과 근본적으로 다를 것으로 예상되므로, 이 접근법은 관측된 중성자별의 핵에 한정된 쿼크 물질의 존재를 식별해야 합니다.
그들의 연구를 위해 Vuorinen과 동료들은 12개의 중성자별 관측으로부터 얻은 상태 방정식 계산을 사용했습니다.
"유사한 연구가 이전에 수행되었지만 우리는 연구에서 전례 없는 수의 관찰 결과를 고려할 수 있었고 결과에서 강하게 상호 작용하는 물질의 위상을 추론할 수 있었습니다."라고 Vuorinen은 설명합니다. 최근 개발된 프레임워크를 사용하여 팀은 슈퍼컴퓨터를 사용하여 그들이 조사한 가장 무거운 중성자별의 핵에 정의되지 않은 쿼크 물질이 존재할 가능성을 계산했습니다.
강력한 1차 상전이
Vuorinen은 “결과는 80~90% 수준으로 높았지만 결코 발견이 되지는 않았습니다.”라고 덧붙였습니다. "나머지 10~20% 가능성은 그 자체로 매우 흥미로운 시나리오에 해당합니다. 우리는 존재하는 모든 중성자별이 핵 물질만으로 구성되어 있다면 핵 물질을 분리하는 강력한 XNUMX차 상 전이가 필요하다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 그리고 쿼크 물질 단계.”
중성자별에는 자유 쿼크가 포함되어 있을 수 있습니다.
천체 물리학적 관점에서 중성자별 코어에 존재하는 정의되지 않은 쿼크 물질의 가능성은 수많은 흥미로운 새로운 질문을 제기한다고 팀원은 설명합니다. 요나스 나틸라 Flatiron Institute와 뉴욕시의 Columbia University에서.
"이제 우리는 중성자별 내부에 새로운 물질 상태가 숨어 있을 수 있다는 것을 알았으므로 이것이 다양한 천체 물리학 현상에 어떤 영향을 미치는지 추측할 수 있습니다."
그는 이번 연구가 몇 가지 매우 흥미로운 질문을 제기한다고 말했습니다. “두 중성자별의 충돌로 쿼크 물질을 일시적으로 방출할 수 있습니까? 물질이 강한 상전이를 겪는다면 어느 시점에서 중성자별이 블랙홀로 붕괴하는 것을 관찰할 수 있을까요? 쿼크-중성자 물질 인터페이스가 별의 내부 구조를 변화시키는가?”
향후 연구에서 팀은 이러한 흥미로운 질문을 더 깊이 탐구하는 것을 목표로 할 것입니다.
연구는 에 설명되어 있습니다. 자연 통신.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/evidence-grows-for-deconfined-quark-matter-in-neutron-star-cores/
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