Нейтронные звезды — космические объекты невообразимой плотности: представьте, что столовая ложка их вещества весит больше, чем гора Эверест. Долгое время оставалось загадкой, что скрывается в их недрах: обычное нейтронное вещество, подобное гигантскому атомному ядру, или экзотическая кварковая материя, где частицы уже не связаны в нейтроны. Чтобы ответить на этот вопрос, ученые проанализировали данные гравитационных волн — ряби пространства-времени от слияний нейтронных звезд — и наблюдения пульсаров (быстровращающихся нейтронных звезд, излучающих строго периодические импульсы) с помощью космического телескопа NICER. Анализ показал: резкое превращение нейтронного вещества в кварковое начинается лишь при давлениях, превышающих те, что существуют в центре самых массивных известных нейтронных звезд. Иными словами, все наблюдаемые нейтронные звезды — это твердые ядерные шары, балансирующие на самой границе текучего состояния.

Это открытие разрешает давнее противоречие. С одной стороны, нейтронные звезды должны быть достаточно жесткими, чтобы выдерживать массу порядка двух солнечных, не коллапсируя в черную дыру. С другой — теоретические модели предсказывают, что при колоссальном сжатии материя должна становиться мягкой, почти как жидкость. Если бы переход в кварковую фазу происходил внутри реальных звезд, их структура стала бы слишком рыхлой для поддержания такой массы. Природа словно «защитилась»: критическая плотность оказывается чуть-чуть недостижимой, и звезды сохраняют упругость и массивность. Здесь уместна аналогия со льдом: он плавится только под давлением конька, но без этого воздействия остается твердым. Так и нейтронные звезды никогда не «тают» — в этом секрет их удивительной устойчивости. Кстати, первый пульсар был обнаружен аспиранткой Джоселин Белл Бернелл, что подарило науке уникальные естественные лаборатории для изучения сверхплотной материи.