Науковці створили нову модель, що може спростувати сучасну ядерну фізику

Астрофізики з Університету Франкфурта запропонували нову теоретичну модель, яка визначає межу компактності нейтронних зірок — надщільних залишків масивних зір після вибуху наднової. Це дослідження, проведене професором Лучано Реццоллою та Крістіаном Еккером, відкриває нові можливості для перевірки законів ядерної фізики в екстремальних умовах, недоступних для лабораторного моделювання.

Нейтронні зорі мають масу, що у кілька разів перевищує масу Сонця, але стискаються до діаметра близько 20 км. Їхню масу можна виміряти з високою точністю, однак визначити радіус набагато складніше — через віддаленість і невизначеність фізичних процесів у надщільному ядрі. Всередині таких зір атоми руйнуються, електрони з’єднуються з протонами, утворюючи нейтрони, а в центрі можуть існувати гіперони або навіть кваркова рідина.

Щоб оцінити граничну щільність, дослідники проаналізували десятки тисяч рівнянь стану — математичних моделей, що описують взаємозв’язок тиску і густини. Вони зосередилися на наймасивніших можливих конфігураціях і виявили універсальну межу: співвідношення маси до радіуса завжди менше ніж 1/3 (у геометризованих одиницях). Це означає, що якщо маса зорі відома, її радіус не може бути меншим за три її маси.

За словами Реццолли, ця межа випливає з принципів квантової хромодинаміки — теорії, яка описує взаємодію кварків і глюонів. Якщо спостереження виявлять зорю, чия компактність перевищує цю межу, це свідчитиме про фундаментальну помилку в сучасному розумінні сильної взаємодії.

Модель можна перевірити за допомогою даних експерименту NICER на борту Міжнародної космічної станції, а також через аналіз гравітаційних хвиль — зокрема події GW170817, коли зіткнулися дві нейтронні зорі. Реццолла зазначає, що повторні спостереження таких подій дозволять уточнити розміри нейтронних зір і перевірити точність нової теорії.