Ядерная сепарация: Звездная химия и физика
Нейтронные звезды представляют собой заключительную стадию эволюции звезд, чья масса лежит в пределах от 8−10 до 38−40 солнечных. После того, как звезда сбрасывает свою оболочку и превращается в сверхновую, ее ядро коллапсирует под действием гравитации в крайне плотный и компактный объект — с диаметром порядка десятков километров и массой от 1,35 до 2,1 солнечных. Плотность нейтронных звезд поистине колоссальна: масса одного кубического сантиметра вещества в ее ядре достигает многих миллионов тонн.
В нейтронных звездах вещество должно пребывать в экстремальных состояниях, поэтому их исследование представляется очень сложной, но и чрезвычайно важной задачей.
Давление в их недрах таково, что атомы буквально «раздавливаются», и вещество переходит в состояние вырожденного нейтронного газа (при некоторых условиях возможно также образование сверхтекучего и сверхпроводящего состояний нейтронного вещества). Впрочем, на поверхности звезды давление меньше, и атомные ядра способны существовать в своей обычной форме, образуя твердую оболочку, которая скрывает нейтронный газ. В самом центре звезды — там, где царит совершенно запредельное давление — могут находиться уже не нейтроны, а гипероны, кварки или пи-мезоны.
Некоторые нейтронные звезды, активно поглощающие материю из космоса — например, отнимая ее у соседней звезды, — обладают еще одним внешним слоем, чья толщина не превышает нескольких сантиметров. Под действием колоссального притяжения вещество из него постепенно переходит во внутренние слои, причем более тяжелые элементы проникают глубже и быстрее, чем более легкие. Именно это движение элементов у поверхности изучала группа Чарльза Горовитца (Charles Horowitz). Согласно полученным результатам, в коре остаются в основном металлы (прежде всего, железо) — в то время как более легкие элементы (такие, как кислород и водород) остаются во внешнем, менее твердом слое.
Это был чисто «математический» эксперимент, в рамках которого ученые моделировали поведение поверхности нейтронной звезды с участием набора из 17-ти химических элементов. Модель продемонстрировала тенденцию к сепарации более тяжелых и более легких ядер: первые довольно быстро перешли в твердую кору, вторые довольно долго оставались в жидкой внешней оболочке. Полученный результат может помочь ученым объяснить природу гигантских ядерных взрывов, которые периодически происходят на поверхности некоторых нейтронных звезд.
Согласно сделанным ранее расчетам, для запуска ядерного взрыва с нужными параметрами в атмосфере нейтронной звезды должно содержаться не менее 10−20% углерода. Между тем массовая доля этого элемента в веществе, которое поглощается нейтронными звездами, оказывается существенно меньше. Новое открытие позволяет устранить это противоречие: по всей видимости, углерод постепенно накапливается в оболочке вместе с остальными легкими элементами — до тех пор, пока его концентрация не достигает критической отметки. Тогда и происходит взрыв.
Также читайте о загадочных радиоимпульсах, исходящих от далекой нейтронной звезды: «Нейтронный радиомаяк».
По сообщению The New Scientist Space