Gipoteza kvarkovyh zvezd
D.D. Ivanenko, D.F. Kurdgelaidze
Fizicheskii fakul'tet Moskovskogo universiteta
17 iyulya 1965
(Astrofizika 1965, 1, 479-482)
Popytki sistematiki elementarnyh chastic i ih svedeniya k nemnogim ob'ektam priveli k gipoteze sub-chastic ,,kvarkov" [1], iz kotoryh predpolagayutsya postroennymi vse sil'no vzaimodeistvuyushie gadrony*), to est' mezony, bariony i ih rezonony. Kvarki dolzhny obladat' drobnym barionnym i elektricheskim zaryadami i massoi, znachitel'no prevyshayushei barionnuyu. Kvarki mogut yavlyat'sya real'nymi chasticami, po ryadu prichin trudno nablyudaemymi. V ryade otnoshenii blizkaya gipoteza o ,,trionah" -- sub-chasticah celogo zaryada takzhe trebuet ih znachitel'noi massy. Zamanchivo iskat' kvarki (ili triony, kotorye special'no ogovarivat'sya ne budut) v usloviyah astronomicheskih sverhplotnyh konfiguracii, v chastnosti, v usloviyah, pri kotoryh obychnye chasticy teryayut svoyu individual'nost' i material, iz kotorogo obrazuyutsya nukleony, mozhet okazat'sya kvarkovym polem.
Kak izvestno, pri szhatii zvezdy posle obrazovaniya vyrozhdennogo elektronnogo gaza proishodit ,,vdavlivanie" elektronov v protony, razval yader i perehod k neitronnoi zvezde; pri dgl'neishem szhatii bolee vygodnym okazyvaetsya perehod k vyrozhdennom) giperonnomu fermi-gazu [2]. Estestvenno predpolagat', chto vygodnym okazhetsya perehod k eshe belee tyazhelym barionnym rezononam, i nakonec, gipoteticheskim sub-chasticam: kvarkam i t. d.
Perehod k kvarkam sootvetstvuet sil'nomu vnutrennemu vozbuzhdeniyu barionov, privodyashemu v konce koncov k ih razvalu na fundamental'nye sub-chasticy.
Proanaliziruem usloviya perehoda barionnoi zvezdy, kak predshestvovavshei konfiguracii, v kvarkovuyu, prenebregaya temperaturoi. Oboznachim cherez , , barion i kvarki. Raspad
gde - defekt massy v (1), -- massa bariona; massy kvarkov sootvetstvenno budut
Dlya barionnogo vyrozhdennogo gaza uslovie vozmozhnosti (1) imeet vid
gde -- plotnost' barionov, q = 2/3 dlya nerelyativistskogo i q =1/3 dlya; ul'trarelyativistskogo gaza. Kak pokazyvayut ocenki, reakciya (1) mozhet protekat' tol'ko pri ochen' vysokih plotnostyah, vvidu chego dlya prostoty ogranichimsya ul'tra-relyativistskim sluchaem. Hotya v usloviyah sverhplotnyh konfig} racii my imeli delo s sistemoi, sostoyashei iz vseh sortov barionov i ih rezoionov s sootvetstvuyushimi koncentraciyami, odnako vvidu slozhnosti ee rassmotreniya approksimiruem ee odnim barionnym gazom, s nekotoroi srednei privedennoi massoi , gde -- massa nuklona, a -- mnozhitel' poryadka . Togda imeem
Pri etom ravnovesnaya plotnost' kvarkov opredelitsya iz ravenstva Fermievskih granichnyh energii barionov i treh kvarkov.
Rassmatrivaya bariony kak ul'trarelyativistskie, a kvarki kak nerelyativistskie, uslovie ravnovesiya zapishem v vide
V sluchae, kogda i kvarki yavlyayutsya ul'trarelyativistskimi, imeem
Stol' vysokaya plotnost', opredelennaya neravenstvom (4), neobhodimaya dlya reakcii (1), mozhet byt', po-vidimomu, dostignuta, naprimer, v nedrah nekotoryh barionnyh zvezd. Odnako, po sovremennym predstavleniyam, zvezda stol' vysokoi central'noi plotnosti budet nahodit'sya v kvazistacionarnom sostoyanii [3].
Barionnaya zvezda s ishodnoi massoi pri perehode - barionov v kvarki pererabatyvaet v massy kvarkov kineticheskuyu energiyu prichem umen'shenie davleniya budet , gde - plotnost' kvarkov odnogo sorta. Tak kak pri perehode - barionov, iz nahodyashihsya v edinice ob'ema, v kvarki, gravitacionnaya energiya sistemy ne menyaetsya, to podobnyi perehod privodit k dal'neishemu szhatiyu zvezdy.
Dopustim teper', chto sushestvuet zvezdnaya konfiguraciya s massoi , gde - massa treh kvarkov, -polnoe chislo kvarkov odnogo sorta, - polnoe chislo barionov (prenebregaya gravitacionnym defektom massy). Vvidu vozmozhnosti lokal'nyh fluktuacii plotnosti takaya konfiguraciya ne budet ustoichivoi. Blagodarya fluktuacii plotnosti v otnositel'no nebol'shom ob'eme , plotnost' barionov mozhet stat' men'she, chem opredelennaya neravenstvom (4). Togda process stanovitsya odnostoronnim i nachinaetsya perehod kvarkov v bariony s vydeleniem ogromnoi kineticheskoi energii gde chislo kvarkov v . Eto sozdaet perepad v davlenii i privedet k dal'neishemu rasshireniyu oblasti fluktuacii plotnosti, tak chto lokal'nye fluktuacii plotnosti so vremenem mogut rasshirit'sya neogranichenno. Vydelyaemaya pri etom polnaya kineticheskaya energiya
gde - massa zvezdy s ishodnoi massoi posle perehoda vseh kvarkov obratno v bariony, -- gravitacionnyi radius. Pri etom vydelyaemaya kineticheskaya energiya
dostatochna dlya togo, chtoby konfiguraciyu s massoi , nahodyashuyusya v sostoyanii, blizkom k gravitacionnomu radiusu, rasshirit' v principe do neogranichennyh razmerov. Esli pri etom prevrashenie kvarkovoi zvezdy v barionnuyu proidet dostatochno bystro, to rasshirenie budet nosit' harakter vzryva. Konechno, v kvarkovoi zvezde, poluchennoi putem szhatiya, fluktuacii ne mogut privesti obratno k barionnoi zvezde, odnako v kvarkovoi konfiguracii, obrazovavsheisya vnachale po kakim-libo prichinam, fluktuacii, po-vidimomu, mogut dat' nachalo vzryvu.
Ne isklyucheno, chto v central'nyh oblastyah nekotoryh noveishih astronomicheskih ob'ektov, vydelyayushih ogromnye energii (kvazizvezdy, vzryvnye galaktiki), igrayut rol' processy s uchastiem kvarkov (ili drugih sub-chastic). Konfiguracii tipa kvarkovyh mogut okazat'sya poleznymi dlya analiza sverhplotnyh predzvezdnyh sostoyanii, predpolagaemyh V. A. Ambarcumyanom, ili dlya analiza pervonachal'nogo sostoyaniya vsei rasshiryayusheisya Vselennoi.
Priyatnym dolgom yavlyaetsya blagodarnost' V. A. Ambarcumyanu i G. S. Saakyanu za cennye zamechaniya.
*) Gadrony (ot angiiskogo hard, hadrons) - sil'no vzaimodeisvuyushie chasticy. Segodnya v russkom yazyke ih prinyato nazyvat' adronami. [Prim.red.]
Literatura
- M. Gell-Maan, Phys. Rev. Lett., 8, 214, 1964; Zweig, Preprint CERN, 1964.
- V. A. Ambarcumyan, G. S. Saakyan, Astron. zh., 37, 193, 1960.
- G. S. Saakyan, Yu. L. Vartanyan, E. V. Chubaryan, Tezisy II sov. grav. konferencii, str. 205, izd. Universiteta, Tbilisi, 1965.
- Ya. B. Zel'dovich, ZhETF, 42, 1667, 1964.
Publikacii s klyuchevymi slovami:
neitronnye zvezdy - kvarkovye zvezdy - istoriya astronomii
Publikacii so slovami: neitronnye zvezdy - kvarkovye zvezdy - istoriya astronomii | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |