Нейтронные звёзды состоят из спагетти и ячменных

Превращение обычной материи в кварковую многие физики сравнивают с переходом двух агрегатных состояний воды, но есть учёные, которые говорят, что такая аналогия недопустимо проста (иллюстрация с сайта lbl.gov). Основные представления о нейтронных звёздах можно найти и в популярной литературе и в учебниках. Ещё не чёрная дыра, но плотность колоссальная — намного выше плотности атомных ядер. А что внутри? Последователи различных теорий спорят об этом уже два десятка лет. Но, может быть, скоро их споры прекратятся. Один из самых активных исследователей нейтронных звёзд — Норман Гленденнинг (Norman Glendenning) из американской лаборатории Беркли (Berkeley Lab) — увлёкся ими ещё в 1980-х. И сейчас его давние и современные идеи служат предметом ожесточённых дискуссий. Некогда на одном из ускорителей Беркли (Bevalac) учёные получали на короткие мгновения состояние вещества с плотностью втрое выше ядерной, но даже этого было мало, чтобы адекватно воспроизвести внутренность нейтронной звезды, где плотность материи намного-намного выше. При размерах в 10-20 километров их масса столь велика, что сила тяжести на поверхности в 100 миллиардов раз больше, чем тяготение на поверхности Земли. Это тяготение оказывается больше, чем внутриядерные силы, так что в центре звезды материя превращается… Во что? Во что именно — остаётся предметом теоретических споров, которые, правда, несколько разбавляются анализом наблюдений реальных нейтронных звёзд, но об этом позже. Интересно, что вопреки распространённому среди неспециалистов представлению нейтронные звезды не состоят исключительно из нейтронов. Хотя их общий заряд нейтрален, там можно найти и протоны, и электроны, и множество других частиц. "Начинка" такой звезды далеко не однородна — на разных её глубинах существует разное давление и разное строение. А ведь ещё на всю эту "кухню" сильно влияет скорость вращения нашего объекта. Вот как выглядит экскурсия внутрь нейтронной звезды. Перемещаясь к центру, мы увидим, что по мере увеличения плотности материя сжимается так, что в некоторый момент кварки, составляющие так называемые элементарные частицы, становятся освобождёнными.Тут необходимо отступление — в отношении кварков применяют термин confinement — заключение, что подразумевает: кварки всегда находятся внутри частиц, которые они составляют, и наблюдать их "по отдельности" принципиально невозможно. Но нет правил без исключения. В центре нейтронных звёзд, говорят физики, нет даже нейтронов — лишь сплошной "суп" свободных кварков, с добавкой глюонов (вообще-то, эти частицы являются "клеем" для кварков внутри ядерных частиц). При этом большинство теоретиков полагает, что переход этот, от обычной материи к кварковой, происходит по мере нашего мысленного продвижения вглубь звезды — в один момент, словно граница льдом сверху и водой внизу — на замёрзшем озере. Вот с ними и спорит наш герой, предлагая картину куда более сложную. Дело в том, что когда вода замерзает, меняется только одно — расположение и взаимодействие её молекул. В нейтронной звезде мы можем увидеть самые разнообразные, пересекающиеся изменения: и электрических зарядов, и так называемого барионного числа и прочее, и прочее. Фазовые переходы в таком случае — очень сложны. Поскольку нет прямой связи между двумя упомянутыми свойствами материи. Так, нейтрон имеет положительное барионное число, но нулевой электрический заряд. Верхний и нижний кварк имеют одинаковое барионное число (плюс 1/3), но электрический заряд первого — плюс 2/3, а второго минус 1/3. Гленденнинг считает, что из-за этой системы переходов по двум параметрам материя в нейтронной звезде существует не только в чистых, но и в так называемых смешанных фазах, где присутствуют и элементарные частицы, и свободные кварки. При этом в определённых слоях внутри нейтронной звезды поддерживается превращение материи, напоминающее кипение су