Tähtien räjähdyksissä syntyvät äärimmäisen tiiviit neutronitähdet sisältävät tiheintä ainetta koko maailmankaikkeudessamme.

Tiheys on niin suurta, että se voi vahvan ydinvoiman teorian eli kvanttiväridynamiikan mukaan riittää kokonaan uuden aineen olomuodon muodostamiseen. Tässä niin sanotussa kvarkkiaineessa ei ole neutroneja ja protoneja, vaan se muodostuu kvarkeista ja gluoneista.

Kaksi vuotta sitten suomalainen tutkijaryhmä esitti ensimmäistä kertaa todistusaineistoa sen puolesta, että kaikkein massiivisimpien neutronitähtien ytimet todella koostuvat kvarkkiaineesta. Tulos perustui neutronitähtiaineen tilanyhtälön eli paineen ja energiatiheyden välisen riippuvuuden mallinnukseen.

"Meidän 2020 Nature Physics -paperimme osoitti, että ylivoimaisesti suurin osa fysikaalisesti mahdollisista neutronitähtiaineen tilanyhtälöistä on sellaisia, että aineen ominaisuudet kaikkein massiivisimpien tähtien keskellä muistuttavat paljon enemmän kvarkki- kuin ydinainetta", kertoo tutkimuksessa mukana ollut Aleksi Vuorinen Helsingin yliopistosta.

"Jäljelle jäi kuitenkin jonkinlainen määrä tilanyhtälöitä, jotka ennustavat puhtaasti ydinaineesta koostuvia neutronitähtiä aina korkeimpaan stabiilien neutronitähtien massaan saakka."

Nyt sama suomalainen tutkimusryhmä on löytänyt kvarkkiaineen hypoteesille lisävahvistusta.

Kun aiempaan analyysiin lisättiin uusimmat mittaukset, nähtiin, kuinka suuri osa aiemmin mahdollisista tilanyhtälöistä rajautui pois. Poisrajattujen joukossa oli monia sellaisia tilanyhtälöitä, jotka eivät ennusta kvarkkiaineytimiä edes kaikkein raskaimpien neutronitähtien sisälle.

"Näin voidaankin sanoa, että kvarkkiaineytimien olemassaolon todennäköisyys kasvoi uusien tulosten myötä", Vuorinen kiteyttää.

Suomalaisten uudet tulokset julkaistiin arvostetussa Physical Review X -lehdessä.

Aiheesta lisää Helsingin yliopisto