Op 14 augustus 2019, de LIGO-Virgo-samenwerking ontdekte een zwaartekrachtgolfsignaal waarvan wordt aangenomen dat het verband houdt met het samensmelten van een binair stellair systeem dat bestaat uit een zwart gat met een massa van 23 keer de massa van de zon (M⊙) en een compact object met een massa van ongeveer 2,6 M⊙. De aard van de secundaire ster van GW190814 is raadselachtig, sinds, volgens de huidige astronomische waarnemingen, het zou de zwaarste neutronenster of het lichtste zwarte gat kunnen zijn dat ooit is waargenomen.

Onderzoekers van de Universiteit van Pisa, De Universiteit van Ferrara en het Nationaal Instituut voor Kernfysica (INFN) in Italië hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheid dat de bron van de door LIGO-Maagd gedetecteerde GW190814-gebeurtenis een zwart gat-vreemd quarkstersysteem is. hun papier, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , is gebaseerd op een astrofysisch model dat ze enkele jaren geleden hebben ontwikkeld.

"De eerste voorwaarde die door ons model wordt vereist, is dat de centrale dichtheid van massieve neutronensterren hoog genoeg is om een ​​overgang mogelijk te maken van een fase van 'normale' nucleaire materie (een vloeistof bestaande uit neutronen, protonen en mogelijk andere deeltjes zoals hyperonen) naar een nieuwe fase die bestaat uit een vloeistof gemaakt van de drie lichtere soorten quarks, namelijk de up (u), down (d) en vreemde (s) quarks (de zogenaamde vreemde quark materie), "Ignazio Bombaci, Alessandro Drago, Domenico Logoteta, Giuseppe Pagliara en Isaac Vidaña, de onderzoekers die het onderzoek hebben uitgevoerd, vertelde Phys.org via e-mail. "In aanvulling, als vreemde quarkmaterie absoluut stabiel is (de zogenaamde Bodmer-Terezawa-Witten-hypothese) dan is de overgang eerste orde, en 'normale' neutronensterren boven een drempelwaarde van hun massa worden metastabiel en kunnen worden omgezet in vreemde quarksterren."

Het astrofysische scenario dat Bombaci en zijn collega's hebben onderzocht, stelt voor dat in de natuur, er zijn twee naast elkaar bestaande families van compacte sterren, namelijk 'normale' neutronensterren en vreemde quarksterren. Bovendien, wanneer een neutronenster wordt omgezet in een vreemde quarkster, het geeft een aanzienlijke hoeveelheid energie vrij (ongeveer 10 ⁵³ erg), die lijkt op de energie die vrijkomt tijdens een supernova-explosie.

"Een veel voorkomende en nog steeds populaire misvatting is dat de fase-overgang naar vreemde quark-materie het stellaire materiaal zachter maakt, d.w.z. meer samendrukbaar, " legden de onderzoekers uit. "Deze misvatting is gebaseerd op de verkeerde overtuiging dat quarks kunnen worden beschouwd als niet-interagerende deeltjes (ideaal Fermi-gas). De introductie van meer geavanceerde quark-dynamica heeft ondubbelzinnig aangegeven dat vreemde quark-materie behoorlijk stijf is, en vreemde quarksterren kunnen dus grote massa's hebben tot bijna ongeveer drie keer de massa van de zon (M⊙)."

Toen Bombaci en zijn collega's voor het eerst naar de gegevens keken die verband hielden met de zwaartekrachtgolfgebeurtenis GW190814, specifiek de waarde van de massa van het secundaire compacte object van het binaire systeem (d.w.z. 2,50 ‒ 2,67 M⊙), ze realiseerden zich dat dit object deel zou kunnen uitmaken van de tweede familie van compacte sterren (d.w.z. een vreemde quarkster met hoge massa).

Volgens het paradigma dat momenteel in de astronomie wordt aanvaard, er is slechts één familie van compacte sterren (d.w.z. de neutronensterfamilie). In aanvulling, het paradigma suggereert dat er een één-op-één overeenkomst is tussen de centrale dichtheid en druk van een neutronenster en zijn massa en straal. Dit betekent dat het meten van de massa en de straal van verschillende individuele neutronensterren onderzoekers in staat zou kunnen stellen de relatie tussen de druk en de dichtheid van stellair materiaal af te leiden. het bepalen van de zogenaamde vergelijking van de toestand van dichte materie.

Zoals in het scenario dat Bombaci en zijn collega's hebben overwogen, er zijn twee naast elkaar bestaande families van compacte sterren; hun verband met de toestandsvergelijking van dichte materie zou idealiter vanuit een nieuw en ander perspectief moeten worden onderzocht.

"Naar onze mening, dit is een van de belangrijkste inzichten die ons werk oplevert op het gebied van astrofysica en fysica van dichte materie, " zeiden de onderzoekers. "Een andere relevante implicatie is dat in ons scenario, er zijn drie mogelijke soorten fusies:neutronenster-neutronenster, neutronenster - vreemde quarkster, vreemde quarkster – vreemde quarkster. De fenomenologie van de fusies is daarom heel anders dan het geval waarin er slechts één familie van compacte sterren is."

Het recente artikel van Bombaci en zijn collega's schetst drie verschillende soorten mogelijke fusies tussen sterren. In aanvulling, het suggereert dat als vreemde quark-materie absoluut stabiel is, zelfs donkere materie zou kunnen zijn, althans gedeeltelijk, gemaakt van grote brokken, down en vreemde quarks. Deze hypothese is nog niet uitgesloten door enige experimentele waarneming.

Toekomstige gegevens verzameld door zwaartekrachtgolfdetectoren in combinatie met nauwkeurige massaradiusmetingen kunnen helpen bij het verder testen van de hypothese die door dit team van onderzoekers is geïntroduceerd.

"Vooral, we zouden de mogelijkheid moeten hebben om ons tweegezinsscenariomodel te toetsen aan strengere beperkingen, " zeiden de onderzoekers. "We verwachten ook te leren van de fenomenologie van de fusies, in het bijzonder uit de analyse van het kilonova-signaal:het verwachte signaal is in ons scenario heel anders dan dat waarin slechts één familie van compacte sterren bestaat."

© 2021 Science X Network