الرصد الأول لاندماج النجوم النيوترونية من خلال تعاون مرصد (ليجو-LIGO) ومقياس التداخل (فيرجو-Virgo) قد سمح للباحثين بتحسين نظرية مادة الكوارك.
مادة الكوارك -طور كثيف للغاية من المادة يتكون من جسيمات دون ذرية تدعى الكواركات- من المُتوقَع أنها تتواجد في مراكز النجوم النيوترونية.
يمكن أيضًا تصنيعها على الأرض للحظات قصيرة في مصادمات الجسيمات، مثل (مصادم الهيدرونات الكبير سيرن-CERN’s Large Hadron Collider) ولكن من الصعب تحديد ماهية السلوك الجماعي لمادة الكوارك.
في مؤتمر سيرن لهذا الأسبوع أوضح الفيزيائي (أليكسي كوركيلا-Aleksi Kurkela)، من القسم النظري في سيرن وجامعة (ستافنجر-Stavanger) في النرويج، كيف أن البيانات عن النجوم النيوترونية قد سمحت له ولزملائه بوضع حدود ضيقة على السلوك الجماعي لهذا الشكل المتطرف من المادة.
استخدم كوركيلا وزملاؤه خاصية النجم النيوتروني المُستخلصَة من الرصد الأول بواسطة التعاون العلمي لمرصد ليجو وفيرجو لموجات الجاذبية -التموجات في نسيج الزمكان- الناتجة عن اندماج نجمين نيوترونيين.
تصف هذه الخاصية صلابة النجم استجابةً للضغوط الناتجة عن سحب الجاذبية للنجم المرافق، وهي معروفة تقنيًا باسم (تشوه المد والجزر-Tidal Deformability).
لوصف السلوك الجماعي لمادة الكوارك يوظف الفيزيائيون المعادلات التي تربط ضغط حالة من حالات المادة مع خصائص حالة أخرى، لكنهم لم يتوصلوا بعد لمعادلة فريدة لحالة من مادة الكوارك، فقد اشتقوا مجموعات من هذه المعادلات.
من خلال تطبيق قيم تشوه المد والجزر للنجوم النيوترونية التي تم رصدها بواسطة مرصد ليجو وفيرجو على مجموعات المعادلات المشتقة لحالة من مادة الكوارك في النجم النيوتروني، تمكن كوركيلا وزملاؤه من تقليص حجم مجموعة المعادلات تلك بشكل كبير.
توفر مجموعة المعادلات المقلصة تلك حدودًا ضيقة جدًا للخصائص الجماعية لمادة الكوارك وبشكل أعمّ للمادة النووية في الكثافات العالية عما كانت متوفرة سابقًا.
بعد أن تزوّد الباحثون بهذه النتائج قلبوا المشكلة واستخدموا حدود مادة الكوارك لاستخلاص خصائص النجوم النيوترونية.
من خلال هذه النتائج حصل الفريق على العلاقة بين نصف قطر النجم النيوتروني وكتلته، ووجدوا أن أكبر نصف قطر للنجم النيوتروني الذي تبلغ كتلته 1.4 أضعاف كتلة الشمس يجب أن يتراوح ما بين 10 إلى 14 كيلو مترًا.
ترجمة: سرمد يحيى
تدقيق: مينا خلف
