Atomi se sastoje od tri stvari: protona, neutrona i elektrona. Elektroni su vrsta fundamentalnih čestica, ali protoni i neutroni su kompozitne čestice napravljene od gore i dole kvarkova. Protoni imaju 2 porasta i 1 dole, dok neutroni imaju 2 pada i 1 gore. Zbog neobične prirode jake sile, ovi kvarkovi su uvek vezani jedan za drugog, tako da nikada ne mogu biti istinski slobodne čestice poput elektrona, barem u vakuumu praznog prostora. Ali nova studija u Nature Communications otkriva da se oni mogu osloboditi u srcima neutronskih zvezda.
Neutronske zvezde su ostaci velikih zvezda. Oni su poslednji pokušaj da se spreči da se jezgro zvezda uruši u crnu rupu. Nakon što se potroši svo nuklearno gorivo gustog jezgra, jedina stvar koja može da se suprotstavi gravitaciji je kvantni pritisak neutrona. I tu se stvari komplikuju.
Jednostavan model neutronske zvezde smatra da je njeno jezgro ispunjeno neutronima samo na ivici kolapsa u sebe. Oni mogu da se bore jedan protiv drugog sa ogromnom energijom, ali su i dalje neutroni. Kvarkovi unutar njih su previše čvrsto vezani da bi se neutroni razbili. Ali neki su tvrdili da na ovoj gravitacionoj ivici neutroni mogu da se olabave, dozvoljavajući njihovim kvarkovima da teku zajedno u neku vrstu kvarkova supe. To bi značilo da neutronske zvezde mogu imati gusto kvarkovo jezgro.
Nažalost, ne možemo izvoditi eksperimente na neutronskim zvezdama, niti možemo stvoriti vrstu guste nuklearne materije neutronske zvezde na Zemlji, ali imamo neku ideju o tome kako se gusta nuklearna materija ponaša kroz svoju jednačinu stanja. Jednačina stanja je način izračunavanja zapreminskih svojstava materijala, a za neutronske zvezde ta jednačina stanja je poznata kao Tolman-Openhajmer-Volkof (TOV) jednačina. Jedini problem je što je TOV neverovatno složena jednačina, i ako je koristite za izračunavanje da li neutronske zvezde imaju kvarkovo jezgro, odgovor koji ćete dobiti je… možda.
Za ovu novu studiju, tim je zauzeo drugačiji pristup. Umesto da se probijaju kroz jednačinu proračuna stanja, oni su uzeli opservacione podatke o masi i veličini neutronskih zvezda i primenili Bajesovu statistiku. Ovaj statistički metod posmatra obrasce posmatranja i ekstrapolira verovatne scenarije na suptilan, ali moćan način. U ovom slučaju, ako neutronske zvezde imaju kvark jezgro, onda su one nešto gušće od neutronskih zvezda bez kvarkovog jezgra. Pošto male neutronske zvezde verovatno nemaju kvark jezgra, dok najmasovnije neutronske zvezde verovatno imaju, pomeranje odnosa mase i gustine trebalo bi da se pokaže u Bajesovoj analizi.
Tim je otkrio da masivne neutronske zvezde, one sa masom većom od dva sunca, imaju oko 80% do 90% verovatnoće da imaju kvark jezgra. Čini se da pravo pitanje nije da li kvark zvezde postoje, već gde je prelaz između kvark zvezda i regularnih neutronskih zvezda.
Da budemo pošteni, ova analiza se oslanjala na prilično mali uzorak podataka. Trenutno ne znamo ni masu ni radijus većine neutronskih zvezda, ali to će se vremenom promeniti. Sa više podataka, trebalo bi da možemo da odredimo kritični fazni pomak između kvarkove materije i guste neutronske materije. Ali za sada možemo biti prilično sigurni da su neke neutronske zvezde mnogo čudnije nego što smo zamišljali.
