Нейтронные звезды — это остатки старых звёзд, которые подверглись взрыву и последующему гравитационному коллапсу. Столкновения этих звёзд, или двойные слияния, — редкие события, которые могут возмущать пространство-время, создавая гравитационные волны, которые можно обнаружить на Земле за сотни миллионов световых лет.

Ученые из Хельсинкского университета совместно с коллегами сделали значительный прорыв в понимании этих событий, определив объёмную вязкость плотной кварковой материи, которая образуется при столкновении нейтронных звёзд. Это открытие помогает лучше понять поведение вещества нейтронных звёзд во время их двойных слияний и может помочь в интерпретации будущих наблюдений гравитационных волн.

Во время слияния нейтронных звёзд они быстро меняют форму и нагреваются, вызывая изменения в состоянии материи внутри них. Слияние может также производить кварковую материю, где элементарные частицы кварки и глюоны, обычно заключенные внутри протонов и нейтронов, освобождаются и начинают свободно двигаться.

Объемная вязкость — это ключевое понятие в изучении столкновений нейтронных звёзд, которое описывает, насколько сильно взаимодействия частиц сопротивляются течению в системе. Исследователи использовали два различных теоретических метода — теорию струн и теорию возмущений — чтобы определить объёмную вязкость кварковой материи. Оба метода привели к очень похожим результатам, подтвердив идею о том, что в кварковой материи объёмная вязкость достигает пика при значительно более низких температурах, чем в ядерной материи.

«Эта информация помогает нам понять поведение вещества нейтронных звёзд во время их двойных слияний. Наши результаты также могут помочь в интерпретации будущих наблюдений. Например, мы могли бы искать вязкие эффекты в будущих данных по гравитационным волнам, а их отсутствие могло бы раскрыть создание кварковой материи при слияниях нейтронных звёзд», — говорит научный сотрудник Академии Ристо Паателайнен из Хельсинки.

Профессор Алекси Вуоринен из Хельсинкского университета объясняет, что описание столкновений нейтронных звёзд представляет особую сложность для теоретиков, поскольку все традиционные теоретические инструменты, по-видимому, так или иначе не срабатывают в этих зависящих от времени экстремальных системах. Однако, этот прорыв в понимании объёмной вязкости кварковой материи — важный шаг вперед в понимании этих событий.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.