უცნაური ვარსკვლავები

 ცნობილია, რომ ატომების ბირთვები პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შედგება, რომლებიც თავის მხრივ, პირველი თაობის კვარკებისგან არის აწყობილი – u-კვარკები და d-კვარკები. თვითონ კვარკები ”დაცემენტებული” არიან გლიუონებით(ძლიერი ურთიერთქმედების გადამტანები) და არიან ”ტყვედ” ნეიტრონებში და პროტონებში(კონფაინმენტის ეფექტი – ”დატყვევება”). არსებული კოსმოლოგიური თეორიის მიხედვით, კვარკები თავისუფალ მდგომარეობაში არსებობდა დიდი აფეთქების მოხდენის თანავე, დროის უმცირეს მონაკვეთში, როცა ფოტონური გაზის ტემპერატურა 5 ტრილიონ გრადუსს აჭარბებდა.
  თუმცა, თეორეტიკოსები უშვებენ, რომ კოსმოსში ახლაც არსებობს ეკზოტიკური ობიექტები, შემდგარი მთლიანად ან ნაწილობრივ კვაზითავისუფალი კვარკებისგან, არა ტრიპლეტებად შეკრული, თუმცა მაინც ერთმანეთთან დაკავშირებული. ამისათვის ზემაღალი ტემპერატურები და წნევებია საჭირო, ასეთი პირობები კი შეიძლება ნივთიერების ძალიან მაღალი სიმკვრის მქონე ობიექტებში შეიქმნას. ასეთებად, პირველ რიგში, რა თქმა უნდა ნეიტრონული ვარსკვლავები განიხილება.  ნეიტრონული ვარსკვლავის წარმოქმნის პროცესი ასეთუისე კარგად არის ცნობილი. მათი ტიპიური წინამორბედი არის ვარსკვლავები 9-10 მზის მასით. ხანმოკლე სიცოცხლის მანძილზე(რამოდენიმე მილიონი წელი)ასეთი ვარსკვლავების ცენტრში წარმოიქმნება რკინის ბირთვი, დაფარული სილიციუმისა და სხვა ნივთიერების ფენებით, შემოფარგლული წყალბადის გარსით.
  თუ ბირთვის მიდამოებში თერმობირთვული რეაქცია გრძელდება, მისი მასა იზრდება და ჩანდრასეკარის ზღვრის ტოლი ხდება. რადგან რკინას არ შეუძლია თერმობირთვული რეაქციების ამოქმედება, ვარსკვლავის ბირთვი იკუმშება გარე ფენების დაწოლის გამო, სიჩქარით, რომელიც სინათლის სიჩქარის 20%-ის ტოლია. ელექტრონები წნევის მოქმედებით პროტონებში იპრესება, ნეიტრონებად და ნეიტრინოებად გარდაქმნით(უფრო მძიმე ვარსკვლავებში რკინის ბირთვი ჯერ გამა გამოსხივებით იშლება). ნეიტრონები ადგილზე რჩება, ნეიტრინოები კი ტოვებენ ვარსკვლავს(თან მიაქვთ ენერგიის ნაწილი). შედეგად, ცენტრი ცივდება, ნივთიერების წნევა ეცემა, რის გამოც შეკუმშვა კიდევ უფრო იზრდება.  ამ სტადიაზე შესაძლებელია მოვლენების ორი სცენარით განვითარება. ვარსკვლავები 20-100 მზის საწყისი მასით, ბოლომდე კოლაფსირებს და შავ ხვრელებს წარმოქმნის. უფრო მსუბუქ ვარსკვლავებს კი შეუკუმშველი ბირთვი უჩნდება, შემდგარი ნეიტრონული ნივთიერებისგან. ასეთი ვარსკვლავების გარე ფენები, ორივე შემთხვევაში, გარემო სივრცეში გაიტრყორცნება შიგნიდან მოქმედი დარტყმითი ტალღების ზემოქმედებით, ამ დროს ხდება  II-ტიპის ზეახალი ვარსკვლავის ანთება. საბოლოოდ, ვარსკვლავისგან შავი ხვრელი რჩება, ან ნეიტრონული ვარსკვლავი – ნეიტრონული მატერიის დეფორმირებული სფერო.  ტიპიური ნეიტრონული ვარსკვლავი ნახევარი მზის მასას იწონის, რადიუსით 10 კილომეტრი. ნეიტრონული ვარსკვლავების ზედა ზღვარი ცნობილი არაა, თუმცა ის არ შეიძლება იყოს ორი მზის მასაზე ცოტა, რადგან ასეთი ერთი ვარსკვლავი ახლახანს აღმოაჩინეს. მათი შემადგენელი ნივთიერების შესახებაც ზუსტად არაფერია ცნობილი, ყოველ შემთხვევაში სტრუქტურა ძალიან რთულია. სიმკვრივე კი ნახევარი კვადრილიონი გ/კუბურ სანტიმეტრზე(1,5 × 1015 გ/სმ3). თეორეტიკოსები არ გამორიცხავენ ამ მატერიაში კვაზითავისუფალი კვარკების არსებობას. ამასთან ერთად ეს კვარკული ნაზავი შესაძლებელია შეიცავდეს არა მარტო პირველი თაობის კვარკებს.  ხსენებული შესაძლებლობა გამომდინარეობს თეორიიდან, რომელიც 80-იან წლებში განიხილა ცნობილმა ფიზიკოს-თეორეტიკოსმა ედვარდ ვითენმა. მან აღწერა ჰიპოთეტური კვარკული ნაზავის გაჩენის მექანიზმი, შემდგარი u-კვარკების, d-კვარკებისა და უცნაური – s-კვარკებისაგან. ასეთ ნივთიერებას უცნაური ნივთიერება შეარქვეს(strange quark matter, SQM).  ვითენმა, ძირითადად, განიხილა SQM-ის გაჩენა დიდი აფეთქების პირველ მომენტებში, თუმცა აღნიშნა, რომ უცნაური მატერია შეიძლება არსებობდეს ნეიტრონული ვარსკვლავების ბირთვებშიც. თუ ეს ასეა, ნეიტრონული ნივთიერება ჯერ გადადის ”არადატყვევებულ” u-კვარკებში და d-კვარკებში, ხოლო შემდეგ ხდება გამდიდრება უცნაური კვარკებით. ასეთი ტრანფორმაციის მექანიზმი ბოლომდე არაა გარკვეული. ახალი კვლევის ავტორები თვლიან, რომ აქ მთავარ როლს ბნელი მატერია თამაშობს, უფრო ზუსტად ასეთი მატერიის შემადგენელი ნაწილაკები. ამ ნაწილაკების ურთიერთ ანიჰილაცია არის იმ ენერგიის წყარო, რომელიც ნეიტრონულ ნივთიერებას უცნაურ ნივთიერებად აქცევს. ნეიტრონული მატერია მეტასტაბილურია და თუ მასზე გარე ფაქტორები იმოქმედებენ შეუძლია SQM-ად გადაიქცეს. ტრანსფორმაცია მომენტალურად არ ხდება. ჯერ ჩნდებიან უცნაური ნივთიერების უმცირესი ჩანასახები(strangletes), რომლებიც სწრაფად იზრდებიან და ნეიტრონული ვარსკვლავის შიგნეულობას იკავებენ(ეს ფაზური გადასვლა გადაცივებული სითხის ფაზურ გადასვლას ჰგავს). კონვერსიის მთელი პროცესი წამზე მცირე დროში ხდება.  ბუნებრივია, რომ ეს მოდელი ეფუძნება იმ დაშვებებს, რომლებიც დამახასიათებელია სუსტად ურთიერთქმედი მასიური ნაწილაკების ბუნებისათვის(weak ineraqting particles, WIMP-s), WIMP-ებისგან შედგება ბნელი მატერია. ამ ნაწილაკებს გააჩნიათ ანტინაწილაკები(მაიორანის ფერმიონები, თავისი თავის ანტინაწილაკი), ამიტომ მათი შეჯახებების დროს ხდება ანიჰილაცია. სწორედ ეს თვითანიჰილაცია აწვდის ენერგიას SQM-ის წარმოქმნის პროცესს. ნეიტრონული ვარსკვლავის გრავიტაციული ზემოქმედებით გარემო სივრციდან ბნელი მატერიის ნაწილაკები ვარსკვლავის ზედაპირზე ხვდებიან(აკრეცია), განიცდიან მრავლობით გაბნევას ვარსკვლავის ნივთიერებაზე, აღწევენ ცენტრალურ ზონაში და საფუძველს უდებენ უცნაური, კვარკული მატერიის ჩანასახებს. ბნელი მატერიის ანიჰილაციის დროს გამოიყოფა ენერგია: 1025–1029 გევ/წმ. ეს ენერგია საკმარისია ცენტრში ისეთი ტემპერატურის მისაღწევად, რომელიც დაძლევს კონფაინმენტის ძალებს. შედეგად ნეიტრონში დატყვევებული კვარკები კვაზითავისუფალ მდგომარეობაში გადადიან და წარმოქმნიან ud-მატერიას. ამასთან ერთად ისინი მაინც ერთმანეთზე ზემოქმედებენ და s-კვარკებს წარმოქმნიან. ამ პროცესს კი უცნაური მატერიის გაჩენამდე მივყავართ(usd-მატერია). უცნაური მატერია, თავის მხრივ, ვარსკვლავის უცნაურ ვარსკვლავად გადაქცევის ინიცირებას ახდენს.  ახალი ნაშრომი თეორიული მოდელების რაოდენობას ზრდის, რომლებიც კვარკულ ვარსკვლავებს აღწერს. მაგალითად, არსებობს ჰიპოთეზა, რომ უკანასკნელ წლებში დაფიქსირებული ანომალურად ძლიერი ზეახლების აფეთქებები – SN 2005ap da SN 2006gy, კვარკული ვარსკვლავების გაჩენის წინაპირობას წარმოადგენენ(ასეთი ობიექტები ჯერ-ჯერობით მხოლოდ ჰიპოთეზების სახით არსებობენ).  ნაშრომის ავტორები აღნიშნავენ, რომ უცნაური ვარსკვლავების გაჩენაზე სიგნალს წამის ხანგრძლივობის, ზემძლავრი გამა ანთებები შეიძლება გვაძლევდეს(gamma-ray burs, GRB). ასეთი ანთებები დიდი ხანია კვლევის საგანია, თუმცა მათი წარმომავლობა ახლაც დისკუსიის საგნად რჩება. სპეციალისტთა უმრავლესობა თვლის, რომ ასეთი ანთებები ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმის დროს ხდება, თუმცა არ არის გამორიცხული სხვა მექანიზმიც. იმედია, რომ თანამედროვე ასტროფიზიკოსები შეძლებენ ამ პრობლემის გადაწყვეტას.

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.