אסטרונומים הצליחו לחשב את המסה של כוכב הנויטרונים J1731-347, המרוחק 8,150 שנות אור מכדור הארץ – ומצאו שמסתו היא רק 0.7 ממסת השמש. הממצאים, שפורסמו בכתב העת Nature Astronomy, הפתיעו את הקהילה המדעית שכן כוכבי נויטרונים אמורים להיות מסיביים בהרבה. כעת חוקרים מנסים להבין מהו העצם האקזוטי: אם העצם הוא אכן כוכב נויטרונים, הוא מאתגר את המודלים הקיימים להיווצרות של כוכבי נויטרונים. אם הם לא כוכב נויטרונים, ייתכן שנמצא לראשונה כוכב קוורקים – עצם שהיה עד כה היפותטי לחלוטין.
כוכב בגודל תל אביב – עם מסה של שמש וחצי
כוכבי נויטרונים הם מהעצמים הדחוסים ביותר ביקום. הם נוצרים כאשר כוכבים מסיביים – במסה של פי 8 ויותר ממסת השמש – מגיעים לסוף חייהם הקצרים. שכבותיו החיצוניות של הכוכב המסיבי מתפוצצות כסופרנובה, וליבתו נדחסת לכדי חור שחור או כוכב נויטרונים. במהלך הקריסה הכבידתית נדחסים האלקטרונים והפרוטונים באטומים של הליבה לכדי נויטרונים, והתוצאה היא כוכב שעשוי ברובו מנויטרונים – ללא כל ואקום ביניהם.
המסה הממוצעת של כוכבי נויטרונים היא 1.4 מסות שמש, והמסה הקטנה ביותר האפשרית לכוכב כזה היא 1.1 מסות שמש – ואכן כוכב הנויטרונים הקל ביותר שהתגלה עד היום הוא בעל מסה של 1.17 מסות שמש. כל המסה הזאת נדחסת לרדיוס של כ-20 ק"מ בלבד. לשם הדוגמה, אם היינו מחזיקים כפית עם חומר מכוכב נויטרונים – הכפית האחת הזאת הייתה שוקלת בין מיליוני למיליארדי טונות בכדור הארץ.
האם מדובר ב"כוכב קוורקים מוזר"
כוכב הנויטרונים המדובר, J1731-347, אינו חדש. הוא נמצא בעבר בתוך ערפילית סופרנובה בשם HESS J1731-347, והקרינה האלקטרומגנטית שלו אכן תאמה פליטה מכוכב נויטרונים. לכאורה, לא הייתה כאן כל תעלומה. אלא שאז אסטרונומים גילו כוכב נוסף בערפילית HESS J1731-347, והחליטו להיעזר בהשפעתו הכבידתית כדי לחשב את המסה של כוכב הנויטרונים.
צוות החוקרים מאוניברסיטת טובינגן שבגרמניה השתמשו במגוון של טלסקופים בחלל ועל הקרקע, לרבות טלסקופ החלל גאיה של סוכנות החלל האירופית – שמתמחה בזיהוי תזוזה של כוכבים על רקע שמי הלילה. בשילוב הנתונים, החוקרים מצאו שרדיוס כוכב הנויטרונים הוא 10.4 ק"מ – והמסה שלו היא 0.77 מסות שמש בלבד.
האם זהו כוכב הנויטרונים הקל ביותר שנמצא? ייתכן, אלא שאז מדענים יצטרכו לעדכן את המודלים הפיזיקליים להיווצרותם של כוכבי נויטרונים – כי ליבת כוכב ב-0.77 מסות שמש אינה מסיבית מספיק על מנת לדחוס להתיך אלקטרונים ופרוטונים לנויטרונים. מלהיבה עוד יותר היא האפשרות ש-J1731-347 אינו כוכב נויטרונים בכלל, ולפנינו עצם אחר, יחיד במינו שנמצא עד כה ביקום. במאמר, החוקרים מתייחסים לאפשרות שהעצם הינו ההוכחה האמפירית הראשון לקיומם כוכבי קוורקים, הידועים גם בשמם "כוכבים מוזרים".
כוכב קוורקים הוא עצם משוער. קוורקים הם סוג אחד של חלקיקי יסודי שמרכיב את החלקיקים האטומיים שאנו מכירים כמו פרוטונים ונויטרונים. לפי התיאוריה, כוכב דחוס מספיק יכול לשחרר את הקוורקים מהנויטרונים – ולהפוך אותם לחלקיקים תת-אטומיים חופשיים, כך שהכוכב כולו יהיה למעשה מרק של פלזמת קוורקים.
ישנם שישה סוגים, או "טעמים", של קוורקים: למעלה, למטה, קסום, מוזר, עליון ותחתון (כמובן אלה רק כינויים לחלקיקים הידועים למדע – אין שום דבר "קסום" בקוורקים כשלעצמם) ואכן אפשר לדמיין סוגים שונים של כוכבי קוורקים לפי הרכבם. מאחר שנויטרונים מורכבים מסוגי הקוורקים עליון, תחתון ומוזר, כוכב נויטרונים שנדחס עוד יותר (אבל לא מספיק כדי להפוך לחור שחור) והפך לכוכב קוורקים יורכב אם כן משלוש קבוצות שוות בגודלן של חלקיקים תת-אטומיים חופשיים: עליון, תחתון ומוזר.
מדענים מחפשים כבר שנים אחר חומר קוורקי חופשי וכן גם הוכחות לקיומם של כוכבי קוורקים. אבל יהיה אשר יהיה טיבו, J1731-347 מאתגר את חוקי הפיזיקה כפי שהם ידועים לנו – ותצפיות המשך ינסו לתהות על קנקנו של העצם הייחודי הזה.