Weergave van de opbouw van een neutronenster met een kern (in rood) van quarks. Credit: Jyrki Hokkanen, CSC
Afgezien van zwarte gaten zijn neutronensterren de meest compacte objecten in het heelal. Ze kunnen twee zonsmassa bevatten gepropt in een bol met een doorsnede van 25 km. Omdat alle materie in een neutronenster zo dicht op elkaar is geperst en alle deeltjes zich volgens de kwantumwetten op dezelfde manier gedragen worden neutronensterren ook wel als één grote atoomkern beschouwd. De vraag is of de naam ‘neutronenster’ dan wel klopt, want berekeningen laten zien dat de zwaartekracht de ster zo dicht samenperst dat de dichtheid groter wordt dan die van individuele protonen en neutronen. Al een poos buigen sterren- en natuurkundigen zich over de vraag waaruit neutronensterren bestaan en dan vooral de zware neutronensterren, die een heel sterke zwaartekracht hebben. Zou het kunnen dat de druk zo groot wordt dat individuele protonen en neutronen niet meer bestaan, maar dat ze oplossen in hun bestanddelen, de quarks en de gluonen? Normaal gesproken zijn quarks en gluonen ‘kleur-gebonden’ aan hun proton of neutron en kunnen ze niet in losse toestand in de natuur voorkomen, precies zoals de wet der kwantum chromodynamika zegt. Maar theoretisch bestaat er een exotische vorm van materie, waarbij quarks wél in losse vorm voor kunnen komen, een toestand die ook kort na de oerknal moet hebben bestaan, net voordat de druk door de expansie van het heelal zo laag werd dat zich protonen en neutronen konden vormen.
Recent hebben Aleksi Vuorinen (Universiteit van Helsinki) en zijn team berekeningen gedaan aan neutronensterren en dat draaide vooral om te kijken hoe groot de waarschijnlijkheid is dat de kern van zware neutronensterren bestaat uit quark-materie. Uitkomst is dat de zwaarste neutronensterren met een waarschijnlijkheid van 80 á 90% inderdaad bestaan uit quarks en niet uit neutronen. Het enige dat kan voorkomen dat deze neutronensterren uit quarks komen te bestaan is als de overgang van nucleaire materie (protonen en neutronen) naar quark materie een faseovergang van de eerste orde zou zijn. Zo’n overgang zou dan zo snel verlopen dat er helemaal geen quarkster gevormd wordt, maar dat deze direct in elkaar klapt tot een zwart gat. Men hoopt in de toekomst door metingen van zwaartekrachtgolven van botsende quarksterren (i.p.v. neutronensterren) te kunnen zien dat er een verschil is met zwaartekrachtgolven van neutronensterren en dat men zodoende het bestaan kan verifiëren van quarksterren.
Meer informatie over de neutronensterren die uit quarks bestaan vind je in het vakartikel van Eemeli Annala et al, Strongly interacting matter exhibits deconfined behavior in massive neutron stars, Nature Communications (2023).
Bron: Phys.org.
De vraag is dan waar alle Gluon energie gebleven is in het implosie proces. “A proton has a mass of approximately 938 MeV/c2, of which the rest mass of its three valence quarks only contributes about 9 MeV/c2; much of the remainder can be attributed to the field energy of the gluons” lees ik in wiki. Dat zal voor neutronen niet veel anders zijn. Misschien zijn quark sterren wel gluon sterren i.p.v. neutronsterren en zitten die quarks in de buitenste schil…. zie:
https://www.physicsforums.com/threads/what-would-be-the-physics-of-a-hypothetical-gluon-star.827566/