Горсть песка в кулаке: песчинки упираются друг в друга, и дальше рука не сжимается. Обычное вещество ведёт себя похоже. Но в нейтронной звезде сжатие в миллиарды раз сильнее — атомы раздавлены, электроны вжаты в протоны, и почти всё пространство заполнено нейтронами. Однако это не просто плотная упаковка шариков. На определённой глубине нейтроны начинают «чувствовать» свои составные части — кварки.
Новая работа предлагает взгляд на этот процесс. Авторы расширили популярную модель «кварковой материи» (quarkyonic matter), включив в неё не только лёгкие u- и d-кварки, но и странные s-кварки, а также весь набор частиц из восьми барионов — от протона до кси-гиперона. Главная идея в том, что при колоссальной плотности нуклоны (протоны и нейтроны) не могут занимать низкие энергетические состояния — те уже заняты кварками. Им приходится забираться выше по энергетической лестнице. Как пассажиры в переполненном автобусе, которые вынуждены стоять, хотя сиденья ещё есть, но они отгорожены. Это смещение вверх увеличивает химический потенциал нуклонов, и нейтронная звезда может нарастить больше массы, прежде чем в ней появятся гипероны — частицы со странным кварком.
В расчётах использовали эффективное взаимодействие между барионами, зависящее от плотности, импульса и изоспина (разницы между протонами и нейтронами). Оно построено на основе современного потенциала Скирма высокого порядка. Кварки и лептоны (электроны и мюоны) считались свободными. Результат порадовал: кварковый механизм заметно отодвигает порог рождения гиперонов, а уравнение состояния — закон, связывающий давление и плотность, — становится жёстче. На практике это означает, что звезда может быть тяжелее и не схлопываться в чёрную дыру.
Это важно для «гиперонной загадки»: многие модели предсказывали, что нейтронные звёзды с гиперонами слишком мягкие и не дотягивают до наблюдаемых масс в две солнечных. Теперь есть шанс, что кварковое переупорядочивание внутри звезды даёт ей дополнительную жёсткость — как каркас, вставленный в бетон.
Нейтронная звезда размером с город может весить вдвое больше Солнца, и чайная ложка её вещества на Земле перевесила бы Эверест.
В романе «Яйцо дракона» Роберта Форварда описана жизнь на поверхности нейтронной звезды, где ядерные реакции заменяют химию.