Астрономы идентифицировали приблизительно полдюжины экзопланет, которые могут быть сформированы из экзотической материи, известной как «странная материя», неизвестная на Земле.
Атомы, составляющие обычное вещество, имеют ядра, состоящие из протонов и нейтронов, а протоны и нейтроны состоят из субатомных частиц, называемых кварками. Существует шесть видов кварков: нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Нижние и верхние кварки самые легкие. Каждый протон содержит два верхних кварка и один нижний кварк, тогда как каждый нейтрон имеет два нижних кварка и один верхний кварк.
Ученые создали странные кварки посредством мощных столкновений в ускорителях частиц, но эти кварки быстро распадались на более стабильные частицы. Однако предыдущие исследования показали, что странные кварки могут оказаться стабильными в сверхплотных нейтронных звездах.
Нейтронные звезды — это остатки крупных звезд, которые погибли в результате катастрофических взрывов, известных как сверхновые, каждая из которых вмещает массу в 1,3-2,5 раза больше массы Солнца в сферу размером около 20 километров. Их название происходит от их экзотического состава: мощное гравитационное притяжение этих остатков дробит протоны и электроны, образуя нейтроны.
Теоретически, при экстремальных давлениях, обнаруженных в ядрах особенно тяжелых нейтронных звезд, нейтроны могут распасться на суп из составляющих их кварков. Предшествующая работа предполагала, что при достаточном давлении половина нижних кварков нейтронов может превратиться в странные кварки, что приведет к появлению странных кварковых звезд из странной материи.
В принципе, странное вещество должно быть тяжелее и стабильнее, чем обычное вещество. Более того, оно может даже превратить обычную материю, с которой оно сталкивается, в более странную материю. Предыдущие исследования показали, что странная кварковая звезда, которая иногда извергает странную материю, может быстро превратить нейтронную звезду, вращающуюся вокруг нее в двойной системе, в странную кварковую звезду всего за 1 миллисекунду.
Предыдущая работа также предполагала, что нейтронные звезды и странные кварковые звезды должны иметь очень похожие средние плотности, сказал Джин-Джун Генг, астрофизик из Нанкинского университета в Китае и соавтор нового исследования, которое идентифицировало экзопланеты, возможно, сделанные из странной материи. Это затруднило бы их различие и, таким образом, выяснение, являются ли странные кварковые звезды реальными.
Однако предыдущие исследования также показали, что планеты, созданные из странной материи, могут существовать и что ученые могут отличать эти планеты от планет, созданных из обычной материи, по их плотности. Нормальные планеты имеют плотности не более 30 грамм за кубический сантиметр. Напротив, странные планеты, как правило, имеют плотность около 400 триллионов грамм на кубический сантиметр, сказал Генг и его коллеги. Для сравнения, плотность золота составляет около 19,3 грамма на кубический сантиметр.
«В то время как странная кварковая звезда очень похожа на нейтронную звезду, разница между странной планетой и нормальной планетой огромна», — сказал Генг.
Чрезвычайная плотность странных планет означает, что они могут выжить, даже если они вращаются в пределах 23,7 км от странной звезды-кварка. Исследователи утверждают, что орбита нормальной планеты может приблизиться всего лишь до 560 000 км, прежде чем ее разорвёт гравитационное притяжение нейтронной звезды.
Теперь, основываясь на этой особенности этих странных миров, ученые в Китае говорят, что они, возможно, обнаружили четырех хороших кандидатов на странные планеты. Эти экзопланеты вращаются вокруг пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд, которые с нашей точки зрения на Земле вспыхивают, как маяки, — на орбитах около 560 000 км или меньше.
Исследователи отметили, что странные планеты могут также вращаться вокруг того, что кажется белым карликом — остатками нормальных звезд, которые сжигают все водородное топливо в своих ядрах, — но на самом деле являются странными кварковыми карликами. Они обнаружили пять экзопланет вокруг белых карликов, подозрительно вращающихся вокруг этих звездных остатков, что позволяет предположить, что они также могут быть странными планетами.
Тем не менее, ученые предупредили, что эти потенциальные странные планеты на самом деле могут быть белыми карликами, «которые также являются относительно компактными объектами, которые могут также располагаться близко к своим основным пульсарам», сказал Генг.
Но «массы наших кандидатов, как правило, меньше 10 масс Юпитера», сказал Генг. Напротив, белые карлики обычно в 150-100 раз больше массы Юпитера.
Один из способов определить, сделаны ли эти экзопланеты из странной материи, — это найти гравитационные волны от них. Гравитационные волны — это рябь в ткани пространства и времени, которая генерируется любым движущимся объектом.
Исследователи считают, что странная планета, вращающаяся вокруг звезды или сливающаяся со странной кварковой звездой, должна испускать гравитационные волны, отличные от тех, которые испускаются парами нейтронных звезд и нормальных планет из-за плотной природы странных планет. Они предположили, что текущий проект Advanced LIGO (Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) и телескоп Эйнштейна (будущий детектор гравитационных волн), возможно, смогут обнаружить вспышки гравитационных волн от слияний странных планет и странных кварковых звезд.
«Мы считаем, что мы предложили совершенно новый метод, который мог бы эффективно идентифицировать странные объекты из кварков», — сказал Генг.
