Bintang kuark

Bintang Kuark (Inggris: Quark star) atau neutron-kuark hibrida adalah sebuah benda angkasa hipotetis yang kepadatannya menengah antara bintang neutron dan lubang hitam, kemungkinan merupakan sisa dari bintang neutron masif dengan tekanan gravitasi yang cukup untuk mereduksi semua partikel menjadi materi kuark aneh (strange quark).^[1][2] Ia memiliki terlalu banyak massa di intinya sehingga neutron tidak dapat menahan intinya. Tetapi tidak cukup untuk sepenuhnya runtuh ke dalam lubang hitam.^[3][4] Keadaan materi seperti itu dipahami segera setelah realisasi bahwa kuark, penyusun nukleon, bebas asimtotik.^[5]

Bintang kuark pertama kali hipotesiskan pada tahun 1980-an, tetapi yang pertama tidak ditemukan hingga awal 2002.^[1] Objek semacam itu kemungkinan besar akan berbagi banyak sifat dengan bintang neutron tetapi, misalnya, tidak memiliki massa minimum (sedangkan bintang neutron kemungkinan besar lebih dari 1,1 kali massa matahari) akan umumnya akan lebih kecil dari bintang neutron dengan massa yang sama karena mereka lebih padat.^[6] Diteorikan bahwa ketika neutronium yang membentuk bintang neutron berada di bawah tekanan yang cukup karena gravitasi bintang, masing-masing neutron terurai menjadi kuark penyusunnya. Beberapa kuark ini mungkin menjadi kuark aneh dan kemudian membuat materi aneh. Bintang tersebut dikenal sebagai "bintang kuark" atau "Strange star".^[3]

Bintang kuark dapat terbentuk dari bintang neutron melalui melalui proses yang disebut pelepasan kuark. Dalam proses inilah yang membuat kuark nova. Pembentukan bintang kuark terjadi beberapa menit awal setelah keruntuhan inti dengan kerak hadronik yang mengelilingi inti materi strange kuark.^[7][8] Bintang yang dihasilkan harus memiliki kuark bebas di bagian dalamnya. Proses pelepasan batas harus melepaskan sejumlah besar energi, dan partikel fundamental (misalnya elektron dan neutron) terurai menjadi kuark yang mungkin merupakan ledakan paling energik yang pernah ada dan membentuk semacam 'sup subatomik'. Bisa jadi semburan sinar gamma kuark nova.^[3][9] Teori mengatur gaya nuklir kuat - kromodinamika kuantum - memprekdisikan bahwa pada kerapatan energi yang cukup tinggi materi nuklir hadronik mengalami transisi pelepasan batas ke fase baru kuark dan gluon.^[10] Gangguan pada kromodinamika kuantum pada tekanan radial dan tangensial menghasilkan efek yang signifikan pada hubungan radius-massa dan stabilitas bintang kuark.^[11]

Bintang neutron dengan massa sekitar 15 - 1,8 massa matahari dengan putaran cepat secara teoritis merupakan kandidat terbaik untuk konveksi. Ini berarti 1% dari populasi bintang neutron diproyeksikan. Ekstrapolasi berdasarkan ini menunjukkan bahwa hingga 2 kuark nova dapat muncul hingga setiap hari. Ini berarti ada populasi besar bintang kuark di galaksi kita. Namun, jika bintang kuark itu nyata mereka sangat kecil. Sementara bintang neutron biasa berdiameter 25 km, bintang kuark hanya akan berdiameter 16 km dan memiliki massa yang kira-kira 1,4 dan 2,2 lebih besar dari matahari, dan ini berada tepat di tepi lubang hitam.^[3][4] Beberapa ahli teori fisika percaya bahwa gravitasi terlalu kuat di pusat bintang-bintang sehingga menciptakan sesuatu yang disebut "materi aneh", cairan super padat dari kuark up, kuark down, dan strange kuark.^[12]

Struktur dan komposisi bintang neutron juga dapat dipengaruhi oleh medan magnetnya. Bintang neutron kemungkinan besar berubah menjadi spheroid oblate karena medan magnet yang sangat kuat yang mereka hasilkan. Kemiringan yang dihasilkan dapat meningkatkan massa maksimum bintang neutron yang didukung oleh tekanan degenerasi neutron.^[9] Tetapi bukti keberadaan bintang kuark masih sedikit dan banyak astronom tetap skeptis.^[13]

Secara teoritis bintang kuark mungkin adalah radio silent, jadi bintang neutron radio silent bisa jadi bintang kuark. Jika bintang kuark memang ada, mereka mungkin tidak bertahan lama. Ini adalah langkah perantara antara bintang neutron, dan konfigurasi lubang hitam terakhir. Hembusan terakhir bintang saat horizon peristiwanya terbentuk.^[3][4] Bintang kuark juga bisa lebih kompak dan lebih cepat dingin daripada bintang neutron. Bahkan, beberapa mungkin ultrakompak - begitu padat sehingga cahayanya sendiri dapat mengorbit. Osilasi torsi bintang memodulasi emisi angin ini secara signifikan ketika ganjil dan memiliki amplitudo cukup, yang relatif mudah dijangkau. Osilasi ganjil dapat terbentuk tepat setelah pembentukan bintang kuark.^[14][15]

Strange star adalah bintang kompak hipotetis yang bisa ada jika materi kuark aneh benar-benar stabil. Materi aneh (Strange matter) terdiri dari kuark up, kuark down, dan kuark aneh yang terikat satu sama lain secara langsung, dengan cara yang rumit dengan bagaimana neutronium terdiri dari neutron; bintang aneh (Strange star) pada dasarnya adalah hadron raksasa. Bintang aneh terletak di antara bintang neutron dan lubang hitam dalam hal massa dan kepadatan, dan jika materi yang cukup ditambahkan ke bintang aneh, ia juga akan runtuh ke dalam lubang hitam.^[3][16]

Materi aneh merupakan salah satu kandidat materi gelap teoritis yang merupakan ciri dari beberapa teori kosmologis,^[3] dengan perhatian diberikan pada cara yang memungkinkan bintang neutron dan strange star dapat dibedakan dalam astrofisika.^[17]

Penelitian terbaru baru-baru ini telah menemukan mekanisme di mana bintang kuark dengan "bongkahan kuark aneh" dapat menurunkan medan listrik dan kepadatan benda dari perkiraan teoritis, sebelumnya menyebabkan bintang-bintang tersebut tampak sangat mirip - hampir tidak bisa dibedakan dari - bintang neutron.^[18] Namun, tim membuat asumsi mendasar yang menyebabkan ketidakpastian dalam teori sehingga cukup besar sehingga kasusnya belum solid. Lebih banyak penelitian, baik observasi dan teoritis, masih harus dilakukan pada bintang-bintang aneh di masa depan.^[3]

Salah satu kesulitan dalam mendeteksi bintang kuark adalah mereka sangat langka, mereka mengandalkan bintang neutron ultra padat yang akan dibentuk dari bintang super langka dan hiper raksasa. Neutron ultra padat ini kemudian membusuk menjadi bintang kuark termagnetisasi yang lebih kecil yang relatif tidak memancarkan energi yang jika dibandingkan dengan bintang terdekatnya dari magnetar atau pulsar.^[19][20]

Faktanya, bintang kuark didefinisikan sebagai "elektro lemah" karena hanya memancarkan neutrino. Permukaan bintang kuark hanya memungkinkan materi ultrarelavistik untuk melarikan diri: foton, neutrino, pasangan elektron-positron dan medan magnet. Ini hampir tanpa massa dan sangat sulit dideteksi di Bumi.^[7][19]

Di dalam bintang neutron, materi atom diketahui runtuh menjadi materi nuklir yang sangat padat, di mana neutron dan proton berkumpul begitu erat sehingga seluruh bintang dapat dianggal sebagai satu inti yang sangat besar. Hingga saat ini masih belum jelas apakah di dalam inti bintang neutron masif materi nuklir runtuh menjadi keadaan yang lebih eksotis yang disebut materi kuark di mana nukleus itu sendiri sudah tidak ada lagi.^[21] Sementara banyak upaya telah dilakukan untuk memeriksa materi pada kepadatan dan suhu ekstrim di lingkungan terestrial.^[9]

Pada kepadatan ekstem yang ditemukan di dalam bintang neutron, atom-atom berkumpul begitu padat sehingga keadaan materi baru bisa eksis. Meskipun, bintang neutron sendiri merupakan lingkungan yang ekstrem, materi mungkin saja berubah menjadi sesuatu yang lebih eksotis melalui peningkatan kepadatan. Contoh utama dari hal ini adalah pelepasan kuark.^[9] Telah diduga bahwa keadaan energi terendah dari materi adalah materi kuark dan pada kepadatan tinggi, neutron akan berubah menjadi materi kuark.^[13] Jika materi strange kuark benar-benar stabil, beberapa bintang neutron mungkin merupakan bintang kuark aneh. Bintang kuark aneh biasanya diasumsikan memiliki permukaan cair sederhana.^[22]

Strange star dan bintang kuark sebagian besar bersifat teoritis pada titik ini, namun beberapa pengamatan menyarankan hal itu mungkin,^[6] pengamatan yang dirilis oleh Chandra X-Ray Observatory pada 10 April 2002 mendeteksi dua kandidat, yaitu RX J1856.5-3754 dan 3C58, yang dianggap sebelumnya sebagai bintang neutron. Berdasarkan hukum fisika yang diketahui, yang paling tampak jauh lebih kecil dan yang terakhir jauh lebih dingin dari seharusnya dan RX J1856.5-3754 memiliki radius sekitar 2,4 dan 5,1 mil (3,8 dan 8,2 kilometer) yang hanya berjarak 450 tahun cahaya, menunjukkan bahwa mereka terdiri dari material yang lebih padat daripada neutronium. Namun, pengamatan ini diserang oleh para peneliti yang mengatakan bahwa hasilnya tidak konklusif.^[3][15]

• Evolusi bintang
• Diagram Hertzsprung-Russell
• Kromodinamika kuantum