Моделирование нейтронных звезд с использованием квантовой хромодинамики и суперкомпьютеров позволило ученым уточнить их свойства. Результаты дают надежду на прорыв в изучении этих уникальных объектов.
Исследователи из Университета Колорадо и Массачусетского технологического института применили квантовую хромодинамику (КХД) для изучения внутренней структуры нейтронных звезд. КХД описывает взаимодействия кварков, составляющих протоны и нейтроны, и определяет свойства вещества при экстремальных условиях.
Для описания нейтронных звезд ученые использовали метод КХД на решетке. Этот подход позволил уточнить параметры внутреннего строения звезды, включая давление и плотность. Одним из важных выводов стало предположение, что массы нейтронных звезд могут превышать две солнечные массы — это опровергает ранее принятые теоретические ограничения.
Симуляции на суперкомпьютерах дали новый взгляд на строение нейтронных звезд, однако подтверждение этих данных требует астрофизических наблюдений. Следующий шаг — использование более мощных квантовых симуляторов, которые помогут приблизиться к разгадке тайн этих объектов.
Квантовая хромодинамика (КХД) — это раздел физики, изучающий, как взаимодействуют кварки и глюоны, фундаментальные частицы, из которых состоят протоны, нейтроны и другие адроны. Кварки обладают уникальным свойством — «цветным зарядом», который напоминает электрический заряд, но связан не с цветом в привычном смысле, а с сильным взаимодействием. Глюоны — частицы, передающие эту силу, — «склеивают» кварки, удерживая их вместе. Особенность сильного взаимодействия в том, что кварки никогда не существуют поодиночке: их всегда объединяют в составные частицы, такие как протоны и нейтроны.
В астрофизике квантовая хромодинамика играет ключевую роль в изучении объектов и процессов, происходящих в экстремальных условиях. Например, в нейтронных звездах, где плотность вещества достигает невероятных значений, КХД помогает понять, как ведут себя кварки и глюоны, когда обычная структура протонов и нейтронов разрушается. В таких условиях возможно образование так называемой кварк-глюонной плазмы — состояния материи, существовавшего в первые мгновения после Большого взрыва. Кроме того, КХД используется для моделирования взрывов сверхновых и процессов, связанных с образованием тяжелых элементов, которые формируются при коллапсе звездных ядер.
КХД основывается на принципах квантовой механики и теории относительности, что позволяет объяснять поведение элементарных частиц.
Таким образом, квантовая хромодинамика помогает объяснить устройство материи на самом фундаментальном уровне и дает ученым инструменты для понимания явлений, происходящих в глубинах Вселенной.
Нейтронные звезды — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Их плотность в несколько раз превышает плотность атомных ядер, а диаметр составляет всего 20 км. Наблюдать их напрямую невозможно: звезды такого размера остаются невидимыми даже для самых мощных телескопов. Единственный способ изучения — моделирование на суперкомпьютерах.
До ближайшей нейтронной звезды около 400 световых лет, и современные технологии не позволяют отправить туда исследовательскую миссию. Более того, условия внутри звезды невозможно воспроизвести на Земле. Однако развитие квантовой математики и суперкомпьютеров уже позволяет создавать модели с высокой степенью точности.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physics.
