Jádra neutronových hvězd zřejmě skrývají kvarkovou hmotu

Zrod a vývoj hvězd obestírají stále mnohá tajemství. Vydalo by to jistě na několik samostatných pořadů. Pro tuto chvíli se spokojme se zkratkou, že hvězdy vznikají z obřích molekulárních mračen prachu a plynu, které spojí gravitace, stoupající hustota, tlak i teplota. V nitru takové „protohvězdy“ se začne spalovat vodík na hélium. Čím hmotnější těleso, tím silnější termojaderná reakce, teplota a svítivost.

Jádro hvězdy se při výbuchu supernovy zhroutí do neutronové hvězdy|foto: NASA

Hvězdné „kuličky“ z atomické kaše

Vlastnosti a vývoj hvězd zachytili v diagramu astronomové Hertzsprung a Russel. Asi 90 procent hvězd včetně našeho Slunce se v něm nachází na tzv. hlavní posloupnosti, kolem jsou málo hmotné, či naopak velmi hmotné hvězdy. Dojde-li hvězdě palivo, hvězda svůj život končí, zářivá energie už nepřetlačí gravitaci, nastává kolaps. Vznikne buď bílý trpaslík nebo hvězda exploduje jako supernova, po níž zůstane odvržená obálka, zbytek promění gravitace na malou neutronovou hvězdu s nesmírně vysokou hustotou látky. Pro představu – obyčejná cvrnkací kulička z této hmoty by vážila až desítky miliónů tun. Tvoří ji neutrony stlačené natolik, že vlastně tvoří jakousi atomickou kaši.

Finští vědci teď přišli se studií, ve které tvrdí, že velmi hmotné neutronové hvězdy stlačí jádro dokonce na ještě exotičtější látku – „kvarkovou hmotu“. Své poznatky publikovali v časopise Nature Physics.

Diagram odhadovaného vztahu mezi poloměrem a hmotností kvarkového jádra v nejmasivnějších neutronových hvězdách. Vložený obrázek zachycuje neutronovou hvězdu o poloměru 12 km a dvojnásobku hmoty našeho Slunce, s kvarkovým jádrem o poloměru 6,5 km|foto: Nature Physics/Annala, Eemeli, et al,CC BY 4.0,©

Kvarková jádra hvězd? 

Tzv. kvarky jsou vůbec nejmenší známé částice – základní stavební kameny hmoty. Z nich jsou tvořeny protony i neutrony. O potvrzení existence kvarkového jádra uvnitř neutronové hvězdy se astrofyzikové marně snaží už od prvních úvah před 40 roky. Vedoucí zmíněné studie Aleksi Vuorinen z univerzity v Helsinkách navrhl se svým týmem nový postup. Pro simulaci si vzali na pomoc nejvýkonnější počítače i nedávné objevy teoretické a jaderné fyziky a také astrofyzikální měření. Na základě toho zjistili, že hmota uvnitř jádra nejhmotnějších stabilních neutronových hvězd se mnohem více podobá hmotě kvarkové než běžné jaderné hmotě. V těchto hvězdách může průměr jádra identifikovaný jako „kvarková hmota“ dokonce převyšovat polovinu celé neutronové hvězdy!

Výzkum struktury neutronových hvězd samozřejmě pokračuje, zdá se však čím dál méně pravděpodobné, že by v nitru neutronových hvězd byla jen jaderná hmota.