Сверхтекучее охлаждение: Ледниковый период на нейтронной звезде

Скомбинировав рентгеновские данные Chandra с оптическим изображением, полученным телескопом Hubble, астрономы обнаружили в центре сверхновой нейтронную звезду, пример одного из самых экзотических объектов Вселенной. Такие звезды, конечно, не светятся, они представляют собой один из вариантов конечной эволюции крупных звезд — но недостаточно крупных, чтобы сформировать черную дыру. Под действием колоссальной собственной гравитации вещество нейтронной звезды переходит в совершенно уникальную форму с колоссальной плотностью: при диаметре порядка пары десятков километров масса нейтронной звезды превышает массу всего Солнца.

За поведением нейтронной звезды в центре сверхновой Кассиопеи А ученые наблюдали в течение 10 лет, за которые было замечено снижение ее температуры на 4%, что для подобных объектов можно назвать неестественно быстрым охлаждением. И недавно этой температурной аномалии было предложено объяснение — сразу две появившиеся публикации связали этот процесс с появлением у вещества в плотном ядре нейтронной звезды еще одной «странности», сверхтекучести.

Взгляните на приведенную слева иллюстрацию, на ней приведена общая схема структуры нейтронной звезды. Видна оранжевая кора и красная сердцевина, состоящая, в основном, из нейтронов. Голубым показаны потоки нейтрино, безмассовых частиц, возникающих в сердцевине, если температура ее падает ниже определенного уровня. Для нейтронной звезды в Кассиопее А этот момент состоялся около 100 лет назад, и с тех пор нейтрино постоянно истекают из нее, унося с собой энергию и ускоряя охлаждение звезды.

Сердцевина намного более плотная, причем нейтроны в ней могут находиться в сверхтекучем состоянии, т. е. их вещество должно обладать нулевой вязкостью. Такое было предположено еще некоторое время назад, а недавние работы по наблюдению Кассиопеи А подтвердили эту гипотезу. Так, на основе расчетов, учитывающих сверхтекучее состояние нейтронного вещества в сердцевине звезды, были проведены расчеты, предсказывающие падение температуры в ней. Эти расчеты, как показали ученые, отлично согласуются с наблюдениями Кассиопеи А. Дополнительные исследования позволили описать процесс перехода сердцевины нейтронной звезды в сверхтекучее состояние и предсказать, что он происходит еще до образования нейтронного вещества, еще тогда, когда материя включает и протоны. При этом — поскольку протоны имеют положительный заряд — вещество обладает и сверхпроводимостью. И все это — вскоре после катастрофического взрыва сверхновой!

По пресс-релизу NASA Chandra