Le strane stelle fatte di quark

Il nostro universo è costruito da quark. I quark sono particelle fondamentali che compongono i nuclei degli atomi e che si legano in molecole che formano tutta la materia che osserviamo, compresi i nostri corpi.
Sebbene esistano in natura sei tipi di quark, la “materia normale” ne utilizza solo due tipi: quark up e quark down. I protoni contengono due quark up e un quark down, mentre i neutroni contengono due quark down e uno quark up. Gli altri quattro tipi di quark, nel nostro universo vecchio e freddo, non possono esistere ma vengono prodotti dalle collisioni ad alta energia negli acceleratori di particelle e forse all’interno di astri piccoli ed estremamente densi come le stelle di neutroni.
Il modello standard sostiene che all’interno delle stelle di neutroni, gli stessi neutroni rimangono in gran parte intatti. Quindi, possiamo immaginare una stella di neutroni come una sfera composta da un enorme nucleo atomico tenuto insieme dalla gravità piuttosto che dalla forza nucleare forte. Purtroppo non comprendiamo veramente come i neutroni interagiscono a temperature e densità estreme. È possibile che all’interno di una stella di neutroni, i neutroni si scompongano in una zuppa di quark, formando quella che è conosciuta come una stella di quark. Le stelle di quark avrebbero l’aspetto di stelle di neutroni ma sarebbero leggermente più piccole.
Se le stelle di quark esistono, è possibile che i quark up e down ad alta energia possano scontrarsi per creare quark strani. Ed è qui che le cose potrebbero diventare, particolarmente “strane”. I quark strani sono molto più pesanti dei quark up e down, e tenderebbero a formare un nuovo tipo di nucleone noto come strangelets. Un semplice strangelet sarebbe composto da un quark up, un quark down e uno quark strano. Poiché gli strangelets sono molto più densi dei protoni e dei neutroni, il contatto tra i due “romperebbe” protoni e neutroni per creare più strangelets. In sostanza, se la materia strana entra in contatto con la materia normale, la materia normale verrà convertita in materia strana. Potremo osservare di tutto, dalle stelle ai pianeti fatti di materia strana.
Sebbene la materia strana sia un’idea interessante, non è semplice da spiegare e non è detto che esista veramente. Se, ad esempio, questa materia strana si formasse in alcune stelle di neutroni dovrebbe formarsi in tutte, causandone il collasso. Osserviamo però tantissime stelle di neutroni troppo grandi per essere composte da quark strani. C’è anche il fatto che i quark strani possono apparire all’interno di protoni e neutroni. Ad esempio, sebbene un protone sia “composto” da due quark up e un quark down, questa è in realtà solo una media. Le fluttuazioni quantistiche affermano che i quark strani possono apparire per brevi istanti. Queste particelle non sono stabili e non convertono i nucleoni in materia strana. Quindi, se esiste materia strana, probabilmente esiste solo all’interno di oggetti grandi e densi.
Vale la pena cercare oggetti composti da materia strana nell’universo? Un recente studio ha trovato alcuni candidati interessanti. Lo studio ha cercato un tipo di oggetto noto come nane strane. Questi oggetti ipotetici hanno una massa simile a quella di una nana bianca, ma invece di essere fatti di materia degenere, sono fatti di quark strani. Di conseguenza, sarebbero molto più piccoli delle comuni nane bianche.
Per capire se questi oggetti esistono, il team ha esaminato i dati del Montreal White Dwarf Database (MWDD), che contiene dati su oltre 50.000 nane bianche. Per circa 40.000 di loro, il database elenca sia la gravità di massa che quella di superficie delle nane bianche. La massa di una nana bianca può essere determinata dallo spostamento Doppler della sua luce mentre orbita attorno a una stella compagna, o da lenti gravitazionali, mentre la gravità superficiale può essere misurata dallo spostamento gravitazionale verso il rosso della sua luce.
Una volta note la massa e la gravità superficiale di una stella, si può facilmente calcolare il raggio. Il team lo ha fatto e poi ha confrontato i risultati con la relazione tra massa e raggio per le nane bianche. La maggior parte di loro ha seguito la relazione, ma 8 delle stelle non lo hanno fatto. Erano di dimensioni molto più piccole rispetto alle altre nane bianche e corrispondevano alle previsioni fatte per le nane composte da quark.
I dati di questo lavoro non sono abbastanza forti per dimostrare che questi oggetti sono nane composte da materia strane, tuttavia vale la pena studiarli ulteriormente. Queste 8 stelle mostrano qualcosa di particolare e sarebbe bene determinare se ciò sia dovuto a quark strani o a qualche altro fenomeno sconosciuto.
Fonte: https://www.universetoday.com/149224/is-there-a-way-to-detect-strange-quark-stars-even-though-they-look-almost-exactly-like-white-dwarfs/