बिग बँग पदार्थ न्यूट्रॉन तारांच्या आतमध्ये लुप्त असू शकतात

निर्माणाचा अवशेष संक्षिप्त तारांच्या हृदयात

न्यूट्रॉन तारे ज्ञात विश्वातील सर्वाधिक अत्यंत वस्तू आहेत. मोठ्या तारकीय मूलांच्या हिंसक संपातामुळे निर्माण झालेले आणि सुपरनोव्हा विस्फोटांत, ते सूर्यापेक्षा अधिक वस्तुमान एक शहरासारख्या क्षेत्रामध्ये संकुचित करतात, अशा अत्यंत घनतेचे निर्माण करतात की त्यांच्या आतील पदार्थाचे वास्तविक स्वरूप अनिश्चित आहे. आता, सैद्धांतिक आणि निरीक्षणात्मक पुराव्यांचा वाढता भाग असा सूचित करतो की न्यूट्रॉन तारांच्या मूलामध्ये पदार्थाची एक अवस्था असू शकते जी विश्व मिलिसेकंद जुन्या असताना मुक्त स्वरूपात न दिसली: quark-gluon plasma, बिग बँगचा आदिम पदार्थ.

Quark-gluon plasma ही पदार्थाची अवस्था आहे जी विश्व दशलक्षवा सेकंदापेक्षा कमी असताना आणि तापमान खरोखर अरबो डिग्री ओलांडताना विद्यमान होते. त्या परिस्थितीत, quarks — प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनचे मूलभूत घटक — मिश्र कणांच्या आतमध्ये मर्यादित नसून gluons सह गरम, घन सूपमध्ये मुक्तपणे अस्तित्वात असतात, कण जे शक्तिशाली अणु शक्तीचे मध्यस्थ करतात. विश्व थंड झाल्यामुळे, quarks प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि इतर हॅड्रॉन्समध्ये कायमस्वरूपी मर्यादित झाले, आणि quark-gluon plasma नैसर्गिक परिस्थितीत मुक्त अवस्था म्हणून अस्तित्व संपुष्टात आले.

शक्यतः, न्यूट्रॉन तारांच्या आतमध्ये वगळता. गणना सूचित करते की न्यूट्रॉन तारांचे मुळे इतके उच्च घनता प्राप्त करू शकतात की व्यक्तिगत न्यूक्लिओन्समधील सीमा विरघळतील, quarks मुक्तपणे विचरण करतात अशी परिस्थिती पुन्हा निर्माण करतात — बिग बँगच्या तप्त प्लाझ्मापेक्षा भिन्न परंतु समान मूलभूत भौतिकशास्त्रद्वारे शासित quark पदार्थाचा थंड, घन रूप. याची पुष्टी केल्यास आधुनिक काळातील खगोल भौतिकशास्त्र आणि अणु भौतिकशास्त्रातील सर्वाधिक महत्त्वाच्या शोधांपैकी एक असेल.

आतापर्यंतचे पुरावे

न्यूट्रॉन तारांच्या आतमध्ये quark पदार्थाचे पुरावे अनेक अप्रत्यक्ष दिशांतून येतात, एकटेच निर्णायक नसून. सर्वाधिक शक्तिशाली बंधने LIGO आणि Virgo द्वारे न्यूट्रॉन तारा विलीनीकरणांच्या गुरुत्वाकर्षण लहरी निरीक्षणांतून येतात. जेव्हा दोन न्यूट्रॉन तारे एकमेकांच्या गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात एकत्र होतात आणि विलीन होतात, तेव्हा ते उत्सर्जित करणारी गुरुत्वाकर्षण लहरी तारांच्या अंतर्गत संरचनेविषयी माहिती वहन करतात — विशेषत: एकमेकांच्या गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात कितपत विकृत होऊ शकतात हा गुणधर्म, ज्याला tidal deformability म्हणतात. GW170817 घटनेतून मोजलेल्या tidal deformabilities न्यूट्रॉन तारा समीकरणाच्या स्थितीला अशा प्रकारे मर्यादित केले की काही सैद्धांतिक मॉडेल्स सुझावीत करतात की हे तारकीय मूलामध्ये quark पदार्थाच्या उपस्थितीने सर्वात स्वाभाविकपणे समजावले जाते.

न्यूट्रॉन तारा वस्तुमान आणि त्रिज्याचे X-किरण निरीक्षण पूरक बंधने प्रदान करतात. International Space Station वरील NICER उपकरण पुरेशा परिशुद्धतेसह अनेक न्यूट्रॉन तारांचा आकार मोजले आहे ताकी त्यांच्या अंतर्गत संरचना मर्यादित होऊ शकेल. एकत्रित वस्तुमान आणि त्रिज्या मोजमाप काही सैद्धांतिक समीकरणांची स्थिती नकारू शकते आणि इतरांच्या अनुकूलता दर्शवू शकते, संभाव्य अंतर्गत रचनांचा श्रेणी कमी करून. सद्य NICER डेटा quark पदार्थ निश्चितपणे ओळखत नाही, परंतु हे सर्वाधिक घनता ज्ञात न्यूट्रॉन तारांच्या उपस्थितीशी संगत आहे.

चुनौती अशी आहे की न्यूट्रॉन तारांचे अंतर्भाग थेट निरीक्षणासाठी अप्राप्य आहे, आणि न्यूट्रॉन तारा घनतेवर पदार्थाचे वर्तन सैद्धांतिक गणना अत्यंत कठीण आहेत. Quantum chromodynamics — quark आणि gluon परस्परक्रियांचे संचालन करणारी सिद्धांत — परमाणु केंद्र आणि प्रारंभिक विश्वाचे quark-gluon plasma च्या अत्यंत घनतेतील घनतेवर गणनात्मक जाळी QCD पद्धती वापरून सोडवले जाऊ शकते, परंतु न्यूट्रॉन तारा मूलांशी संबंधित मध्यवर्ती घनता सद्य सैद्धांतिक पद्धती विश्वासार्ह नसलेल्या शासनामध्ये राहतात. अनिश्चितता भौतिकशास्त्राची अपयश नसून गणनाचा खरा सीमांत आहे.

शास्त्रज्ञ याची सिद्धता कसे करू शकतात असे वाटते

न्यूट्रॉन तारांमधील quark पदार्थ सिद्ध करण्याचा मार्ग गुरुत्वाकर्षण लहर शोधकर्त्यांच्या संवेदनशीलतेच्या सुधारणा, अधिक अचूक न्यूट्रॉन तारा त्रिज्या मोजमाप आणि घन अणु पदार्थ समजण्यामध्ये सैद्धांतिक प्रगतीद्वारे चालते. अगली पिढीचे गुरुत्वाकर्षण लहर शोधक — यूरोपमधील Einstein Telescope आणि संयुक्त राज्यातील Cosmic Explorer — न्यूट्रॉन तारा विलीनीकरणांचे नाटकीयपणे सुधारित संवेदनशीलतेने निरीक्षण करतील, संभवतः विलीनीकरण नंतरची गुरुत्वाकर्षण लहर सिग्नल मोजू शकतील जी सद्य शोधक शोधू शकत नाहीत आणि जी quark पदार्थाला हिंसक संपात आणि विलीनीकरण प्रक्रियेदरम्यान काय होते याविषयी माहिती वहन करते.

विलीनीकरणानंतरची सिग्नल विशेषत: माहितीपूर्ण आहे कारण ती विलीनीकरण पूर्व तारांच्या घनतेच्या पर्यायी पुरेशी घनतेवर पदार्थाचे वर्तन अवलंबून आहे. जर quark पदार्थ विद्यमान आहे आणि विलीनीकरण दरम्यान अवस्था संक्रमण अनुभवतो — घनता शिखरावर सामान्य अणु पदार्थ deconfined quark पदार्थात बदलत आहे — गुरुत्वाकर्षण लहरी वारंवारता सामग्री त्या संक्रमणाचे विशिष्ट हस्ताक्षर वहन करेल. या हस्ताक्षरांसारख्या सैद्धांतिक अंदाजे काय असतात हे सक्रिय संशोधन क्षेत्र आहे, आणि भविष्यातील शोधक त्यांना निरीक्षण करण्यासाठी संवेदनशील असू शकतात.

प्रयोगशाळा प्रयोग देखील चित्रमध्ये योगदान देतात. CERN च्या Large Hadron Collider आणि Brookhaven च्या Relativistic Heavy Ion Collider सारख्या सुविधांमध्ये भारी-आयन संघर्ष एक सेकंदाच्या अपूर्णांकसाठी लघु वर्तमानपत्र quark-gluon plasma निर्माण करतात, उच्च तापमानावर quark पदार्थ गुणधर्मांवर प्रायोगिक डेटा प्रदान करतात जो न्यूट्रॉन तारा अंतर्भागांशी संबंधित उच्च-घनता, कमी-तापमान व्यवस्थेकडे विस्तार मर्यादित करू शकतो. या वैद-अंतरातील सैद्धांतिक पुल अपूर्ण परंतु अणु सिद्धांत प्रगतीसह सुधारत आहे.

भौतिकशास्त्रासाठी याचा अर्थ काय होईल

न्यूट्रॉन तारांच्या आतमध्ये quark पदार्थ सिद्ध करणे अणु भौतिकशास्त्र आणि खगोल भौतिकशास्त्र दोहींसाठी एक ऐतिहासिक परिणाम असेल. हे स्थापित करेल की quantum chromodynamics द्वारे भविष्यवाणी केलेली आणि प्रयोगशाळा कणांच्या त्वरकामध्ये क्षणस्वरूपी निर्मित पदार्थाची अवस्था स्थूल खगोलीय वस्तूंचे स्थिर घटक म्हणून अस्तित्वात आहे — अत्यंत श्रेणी परिस्थितीत सिद्धांत मान्य करते आणि quarks च्या सूक्ष्म भौतिकशास्त्र आणि संक्षिप्त वस्तूंचे खगोल भौतिकशास्त्र जोडते.

शोध न्यूट्रॉन तारा समीकरणाची स्थिती समजून घेणे तीक्ष्ण करेल — अणु खगोल भौतिकशास्त्रातील मध्यवर्ती मुक्त समस्या असलेली दाब आणि घनता यांचा संबंध. उत्तम समीकरणाची स्थिती सुपरनोव्हा संपात, न्यूट्रॉन तारा निर्माण, विलीनीकरणापासून गुरुत्वाकर्षण लहर उत्सर्जन आणि न्यूट्रॉन तारा विलीनीकरणात r-process nucleosynthesis यांचे मॉडेल सुधारते जी विश्वात सोने, प्लेटिनम आणि इतर भारी घटकांचे बहुतेक निर्माण करण्यासाठी जबाबदार आहे.

अत्यंत घनतेवर शक्तिशाली अणु शक्तीत आग्रही भौतिकशास्त्रज्ञांसाठी, न्यूट्रॉन तारे नैसर्गिक प्रयोगशाळा आहेत ज्या कोणतेही जमीन प्रयोग दोहरू शकत नाहीत. त्यांच्या अंतर्भागांच्या संरचनेवर प्रत्येक नवीन निरीक्षणात्मक बंधन भौतिकशास्त्रामध्ये एक खिडकी आहे ज्या पृथ्वीवर थेट निर्मित आणि अभ्यास केली जाऊ शकत नाही, न्यूट्रॉन तारा अंतर्भागांचे वर्णन करण्याचा प्रकल्प सद्य खगोल भौतिकशास्त्र आणि मूलभूत भौतिकशास्त्रांच्या सर्वाधिक उत्पादक छेदांपैकी एक बनवितो.

हा लेख Space.com च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.