Vật chất quark trong sao neutron

Bên trong các ngôi sao neutron là ‘ hạt nhân mì sợi’ – trạng thái vật chất khác thường, bao gồm các hạt dưới nguyên tử gọi là các hạt quark.

Lõi quark có thể xuất hiện bên trong ngôi sao neutron.

Các nhà vật lý thu thập dữ liệu mới từ phân tích các sóng hấp dẫn hình thành trong quá trình va chạm các sao neutron trong tháng 8/2017 (ký hiệu là GW170817). Các dữ liệu cho thấy, lõi của các sao neutron nặng đậm đặc đến mức hạt nhân nguyên tử ngừng tồn tại, tập trung thành vật chất quark. Đây là bước ngoặt quan trọng trong nhận biết những đối tượng cực đoan.

“Việc khẳng định sự tồn tại lõi quark trong các sao neutron là một trong những mục tiêu của vật lý sao neutron từ khoảng 40 năm trước” – nhà vật lý lý thuyết Aleksi Vuorinen ở ĐH Helsinski (Phần Lan), nói.

Các ngôi sao neutron thật sự là những đối tượng chết – bao gồm phần còn lại của những ngôi sao nặng, với khối lượng bằng 8 – 30 lần khối lượng Mặt trời. Khi những ngôi sao này chuyển thành siêu tân tinh, phần lớn khối lượng của chúng bị ném vào vũ trụ; còn lõi suy sụp thành vật thể đậm đặc. Proton và điện tử trong các nguyên tử bị nén thành neutron và neutrino. Các hạt neutrino “chạy” vào vũ trụ, để lại các neutron dưới áp suất cao. Các neutron liên kết với nhau, tạo thành ngôi sao với nhân đặc, gọi là “hạt nhân mì sợi”.

Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết, rằng dưới nhiệt độ và áp suất đủ lớn, các neutron còn phân rã thành quark, tạo ra một loại vật chất gọi là “súp quark”. Tuy nhiên, rất khó để xác định, cái gì có ở bên trong ngôi sao neutron. Va chạm GW170817 từ tháng 8/2017 là va chạm thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học, bởi vì cách mà 2 ngôi sao thay đổi khi tiến đến gần nhau, có thể tiết lộ thêm nhiều chi tiết về cấu trúc bên trong của chúng.

Nhóm nghiên cứu của Aleksi Vuorinen phát hiện ra rằng, các ngôi sao neutron, có khối lượng bằng ít nhất 2 lần khối lượng Mặt trời, thể hiện các đặc điểm cho thấy sự hiện diện của lõi vật chất quark. “Có xác suất, mặc dù không lớn, rằng tất cả các sao neutron chỉ bao gồm vật chất hạt nhân. Tuy nhiên, chúng tôi có thể đánh giá được rằng muốn có kịch bản như vậy thì yêu cầu những điều kiện gì. Nói tóm lại, việc duy trì vật chất hạt nhân đặc là rất khác thường. Chẳng hạn như vận tốc âm thanh trong môi trường ấy phải xấp xỉ bằng vận tốc ánh sáng” – ông Vuorinen giải thích.

Việc phát hiện vật chất quark trong các ngôi sao neutron có thể giúp các nhà khoa học hiểu nhiều hơn về giai đoạn non trẻ nhất của vũ trụ. Các nhà khoa học cho rằng, trong vài micro giây sâu Vụ nổ lớn (được gọi là kỷ nguyên quark) vũ trụ được lấp đầy bởi món “súp” plasma quark – gluon nóng bỏng.