ध्वस्त सितारों के हृदय में सृष्टि का एक अवशेष
न्यूट्रॉन सितारे ज्ञात ब्रह्मांड की सबसे चरम वस्तुएं हैं। सुपरनोवा विस्फोटों के दौरान विशाल तारकीय कोर के हिंसक संपीड़न से पैदा हुए, वे सूर्य से अधिक द्रव्यमान को एक शहर के आकार के गोले में दबाते हैं, ऐसी चरम घनता पैदा करते हैं कि उनके अंदर के पदार्थ की वास्तविक प्रकृति अनिश्चित है। अब, सैद्धांतिक और अवलोकनात्मक साक्ष्य का बढ़ता हुआ निकाय सुझाता है कि न्यूट्रॉन सितारों के कोर पदार्थ की एक अवस्था रख सकते हैं जो मुक्त रूप में तब से नहीं देखी गई जब ब्रह्मांड माइक्रोसेकंड का था: quark-gluon plasma, बिग बैंग का आदिम पदार्थ।
Quark-gluon plasma पदार्थ की वह अवस्था है जो तब मौजूद थी जब ब्रह्मांड एक लाखवें सेकंड से कम पुराना था और तापमान खरबों डिग्री से अधिक था। उन परिस्थितियों में, quarks — प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के मौलिक घटक — यौगिक कणों के अंदर सीमाबद्ध नहीं बल्कि gluons के साथ एक गर्म, सघन सूप में स्वतंत्र रूप से मौजूद होते हैं, कण जो मजबूत परमाणु बल की मध्यस्थता करते हैं। जैसे ही ब्रह्मांड ठंडा हुआ, quarks प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और अन्य हैड्रॉन के अंदर स्थायी रूप से सीमाबद्ध हो गए, और quark-gluon plasma प्राकृतिक परिस्थितियों में एक मुक्त चरण के रूप में अस्तित्व में आना बंद हो गया।
न्यूट्रॉन सितारों के अंदर संभवतः छोड़कर। गणनाएं सुझाती हैं कि न्यूट्रॉन सितारे इतनी अधिक घनता प्राप्त कर सकते हैं कि व्यक्तिगत न्यूक्लिऑन के बीच की सीमाएं घुल जाएं, उन परिस्थितियों को फिर से बनाएं जहां quarks स्वतंत्र रूप से घूमते हैं — बिग बैंग के गर्म प्लाज्मा से अलग लेकिन समान मौलिक भौतिकी द्वारा नियंत्रित ठंडा, सघन quark पदार्थ। इसकी पुष्टि करना आधुनिक युग में खगोल भौतिकी और परमाणु भौतिकी की सबसे महत्वपूर्ण खोजों में से एक होगी।
अब तक का सबूत
न्यूट्रॉन सितारों के अंदर quark पदार्थ के सबूत कई अप्रत्यक्ष दिशाओं से आते हैं, कोई भी अकेले निर्णायक नहीं है। सबसे मजबूत बाधा LIGO और Virgo द्वारा न्यूट्रॉन सितारों के विलय की गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अवलोकन से आती है। जब दो न्यूट्रॉन सितारे एक दूसरे के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में सर्पिल होते हैं और विलय होते हैं, तो वे जो गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्सर्जित करते हैं वे सितारों की आंतरिक संरचना के बारे में जानकारी ले जाती हैं — विशेष रूप से वे एक दूसरे के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में कितने विकृत हो सकते हैं, एक गुण जिसे tidal deformability कहा जाता है। GW170817 घटना से मापी गई tidal deformabilities ने न्यूट्रॉन सितारा स्थिति के समीकरण को इस तरह से बाधित किया कि कुछ सैद्धांतिक मॉडल सुझाते हैं कि यह तारकीय कोर में quark पदार्थ की उपस्थिति द्वारा सबसे स्वाभाविक रूप से समझाया गया है।
न्यूट्रॉन सितारों के द्रव्यमान और त्रिज्या के एक्स-रे अवलोकन पूरक बाधाएं प्रदान करते हैं। अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर NICER उपकरण ने पर्याप्त सटीकता के साथ कई न्यूट्रॉन सितारों का आकार मापा है ताकि उनकी आंतरिक संरचना को बाधित किया जा सके। संयुक्त द्रव्यमान और त्रिज्या मापन कुछ सैद्धांतिक स्थिति के समीकरणों को खारिज कर सकते हैं और दूसरों को अनुकूल कर सकते हैं, संभावित आंतरिक संरचनाओं की श्रेणी को संकीर्ण कर सकते हैं। वर्तमान NICER डेटा quark पदार्थ की पुष्टि नहीं करता है, लेकिन यह सबसे सघन ज्ञात न्यूट्रॉन सितारों की उपस्थिति के अनुरूप है।
चुनौती यह है कि न्यूट्रॉन सितारों का आंतरिक भाग प्रत्यक्ष अवलोकन के लिए अप्राप्य है, और न्यूट्रॉन सितारों की घनता पर पदार्थ के व्यवहार की सैद्धांतिक गणनाएं असाधारण रूप से कठिन हैं। Quantum chromodynamics — quarks और gluons की बातचीत को नियंत्रित करने वाली सिद्धांत — को परमाणु नाभिक में पाई गई घनता और प्रारंभिक ब्रह्मांड के चरम घनता पर जाली QCD विधियों का उपयोग करके हल किया जा सकता है, लेकिन न्यूट्रॉन सितारों के कोर के अनुरूप मध्यवर्तीघनता एक ऐसी व्यवस्था में रहती है जहां वर्तमान सैद्धांतिक विधियां अविश्वसनीय हैं। अनिश्चितता भौतिकी की विफलता नहीं बल्कि गणना का एक वास्तविक सीमांत है।
