هل هناك طريقة لاكتشاف نجوم الكوارك الغريبة ، على الرغم من أنها تبدو تمامًا مثل الأقزام البيضاء؟
العالم الذي نراه من حولنا مبني على الكواركات. إنهم يشكلون نوى الذرات والجزيئات التي تتكون منا وعالمنا. بينما هناك ستة أنواع من الكواركات ، تحتوي المادة العادية على اثنين فقط: كواركات علوية وسفلية. تحتوي البروتونات على نقطتين صعود وهبوط ، بينما تحتوي النيوترونات على جزأين هبوطي وأعلى. على الأرض ، لا تُرى الأنواع الأربعة الأخرى إلا عند إنشائها في مسرعات الجسيمات. لكن يمكن أن يظهر بعضها بشكل طبيعي في أجسام كثيفة مثل النجوم النيوترونية.
النجم النيوتروني مقابل نجم الكوارك. الائتمان: CXC / M. وايس
يرى النموذج القياسي للنجوم النيوترونية أن النيوترونات تظل سليمة إلى حد كبير داخل باطنها. وهكذا ، فإن النجم النيوتروني يشبه نواة ذرية ضخمة مرتبطة ببعضها البعض عن طريق الجاذبية بدلاً من قوة نووية قوية. لكننا لا نفهم تمامًا كيف تتفاعل النيوترونات في درجات الحرارة والكثافة القصوى. من الممكن أنه داخل النجم النيوتروني ، تتحلل النيوترونات إلى حساء من الكواركات ، مكونة ما يعرف باسم نجم الكوارك. تبدو نجوم الكوارك مثل النجوم النيوترونية ولكنها ستكون أصغر قليلاً.
إذا كانت النجوم الكواركية موجودة ، فمن الممكن أن تتصادم الكواركات العلوية والسفلية ذات الطاقة العالية لتكوين كواركات غريبة. وهذا هو المكان الذي يمكن أن تصبح فيه الأشياء غريبة بعض الشيء. الكواركات الغريبة أثقل بكثير من الكواركات العلوية والسفلية ، لذا فإن الكواركات الغريبة تميل إلى تكوين نوع جديد من النكليون يُعرف بالخنق. تتكون الخنقة البسيطة من كوارك علوي وسفلي وكوارك غريب. نظرًا لأن الخنق أكثر كثافة من البروتونات والنيوترونات ، فإن الاتصال بين الاثنين سيؤدي إلى تمزيق البروتونات والنيوترونات لتكوين المزيد من الخنق. بشكل أساسي ، إذا لامست المادة الغريبة مادة عادية فلن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى يتم تحويلها إلى مادة غريبة. يمكن أن يكون لديك كل شيء من النجوم الغريبة إلى الكواكب الغريبة.
يمكن أن تظهر كواركات غريبة في النيوكليونات العادية. الائتمان: APS / آلان ستونبراكر
في حين أن المادة الغريبة هي فكرة مثيرة للاهتمام ، فهي ليست فكرة شائعة. بادئ ذي بدء ، إذا تشكلت مادة كواركية غريبة في بعض النجوم النيوترونية ، فيجب أن تتشكل فيها جميعًا ، مما يؤدي إلى انهيارها. لكننا نرى الكثير من النجوم النيوترونية أكبر من أن تكون كواركات غريبة. هناك أيضًا حقيقة أن الكواركات الغريبة يمكن أن تظهر داخل البروتونات والنيوترونات العادية. على سبيل المثال ، على الرغم من أن البروتون 'مكون' من كواركين علويين وكوارك سفلي ، فهذا في الحقيقة متوسط فقط. تعني التقلبات الكمية أن الكواركات الغريبة يمكن أن تظهر لفترات قصيرة من الزمن. لكنها ليست مستقرة ولا تحول النيوكليونات إلى مادة غريبة. لذلك إذا كانت المادة الغريبة موجودة ، فمن المحتمل أنها موجودة فقط داخل الأجسام الكبيرة والكثيفة.
ومع ذلك ، فإن الأمر يستحق البحث عن أجسام مادة غريبة في الكون ، وقد وجدت دراسة مؤخرًا عددًا قليلاً من الأشياء المرشحة. بحثت الدراسة عن نوع من الأشياء يعرف باسم الأقزام الغريبة. هذه الأجسام الافتراضية لها كتلة مشابهة للقزم الأبيض ، ولكن بدلاً من كونها مكونة من المادة العادية في حالة منحل ، إنها مصنوعة من مادة كوارك غريبة. نتيجة لذلك ، سيكونون أصغر بكثير من الأقزام البيضاء.
علاقة الكتلة نصف القطر للأقزام البيضاء. الائتمان: بريان كوبرلين
للعثور على هذه الأشياء ، نظر الفريق في بيانات من قاعدة بيانات Montreal White Dwarf Database (MWDD) ، والتي تحتوي على بيانات عن أكثر من 50000 من الأقزام البيضاء. بالنسبة لحوالي 40.000 منهم ، تسرد قاعدة البيانات كلاً من الكتلة والجاذبية السطحية للأقزام البيضاء. يمكن تحديد كتلة القزم الأبيض من خلال انزياح دوبلر لضوءه أثناء دورانه حول نجم مصاحب ، أو عن طريق عدسة الجاذبية ، بينما يمكن قياس جاذبية السطح عن طريق الانزياح الأحمر الجاذبي لضوءه.
إذا كنت تعرف كتلة نجم وجاذبية سطحه ، يمكنك بسهولة حساب نصف قطره. قام الفريق بذلك ثم قارنهم بعلاقة الكتلة ونصف القطر للأقزام البيضاء. معظمهم تابعوا العلاقة ، لكن 8 من النجوم لم يفعلوا ذلك. كانت أصغر حجمًا وتتطابق مع تنبؤات قزم الكوارك.
بيانات هذا العمل ليست قوية بما يكفي لإثبات أن هذه الأشياء أقزام غريبة ، لكنها تستحق المزيد من الدراسة. هناك شيء غريب عنهم ، وسيكون من الجيد تحديد ما إذا كان ذلك بسبب كواركات غريبة أو شيء آخر.
المرجعي:أبو شاطر قربان وآخرون ' البحث عن كائنات غريبة للكوارك بين الأقزام البيضاء . 'طبع arXiv المسبقarXiv: 2012.05748 (2020).