Кварковые звёзды маскируются под рядовые пульсары
Необычные вещи иногда раскрываются в «бумажных» научных изучениях. Новая работа американских физиков обосновывает существование необычных звёзд, как будто бы бы мимикрирующих под нейтронные, но таковыми не являющихся.
Прашант Джаикумар (Prashanth Jaikumar) из американской национальной лаборатории Аргонн (Argonne National Laboratory) и его соавторы из национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory) — Санджей Редди (Sanjay Reddy) и Эндрю Стейнер (Andrew Steiner) — разместили в Physical Review Letters теоретический анализ структуры так называемых «Необычных кварковых звёзд» (strange quark star).
Эти гипотетические объекты складываются из кварковой материи. Они компактны и тяжелы, и в этом отношении являются ближайшими родственниками нейтронных звёзд. Фактически, предполагается, что кое-какие нейтронные звёзды при последовательности условий смогут преобразовываться в необычные кварковые.
Тут необходимо пояснить, что из кварков состоят простые частицы (протоны, нейтроны и без того потом). Но под кварковой материей в этом случае понимается «каша» из свободных кварков, не образующих никаких элементарных частиц.
Ранее учёные в собственных выкладках сходились на том, что в случае если кварковые звёзды и существуют (что пока не доказано), то они владеют огромным градиентом плотности на поверхности (1026г/см4), громадным электрическим полем (в том месте же) и очень высокой яркостью.
Но авторы новой работы развили теорию строения необычных кварковых звёзд, по которой на их поверхности нет ни сверхсильных полей, ни столь большого градиента плотности.
Джаикумар сотоварищи придумали и смоделировали гипотетическую «неоднородную кору» необычной звезды, складывающуюся из разрозненных «крупиц» либо «кусков» необычной кварковой материи, положенных в однородный «фон» из электронов.
Какие конкретно смогут быть занимательные следствия из расчётов теоретиков? Они говорят, что, быть может, мы в далеком прошлом замечаем кварковые звёзды, но не знаем об этом. Они, дескать, составляют некую часть из известных нам нейтронных звёзд, каковые в действительности, выходит, и не нейтронные вовсе.
Кроме этого авторы изучения утверждают, что по внешним показателям (просматривай — излучению) отличить нейтронную звезду от кварковой будет куда сложнее, чем предвещали все прошлые физические модели. Эти звёзды для отечественных устройств — весьма похожи.
Одновременно с этим, американцы говорят о вероятных дорогах вычисления кварковых звёзд среди населения нейтронных. К примеру, по модели Джаикумара и его сотрудников выходит, что кварковые звёзды охлаждаются чуть стремительнее, чем нейтронные. Соответственно, при равном возрасте они будут холоднее нейтронных.
И что вы думаете? Как раз такое открытие было сделано совсем сравнительно не так давно – астрологи нашли пульсар, что существенно холоднее простых. Возможно, догадка американцев и в самом деле верна?
Джаикумар, Редди и Стейнер растолковывают, на что похожа поверхность необычной звезды.
В классическом представлении поверхность эта весьма ровная. Но авторы новой работы считают, что поверхность необычной звезды возможно сравнить с поверхностью воды, в которую добавили моющее средство. Это сокращает поверхностное натяжение, разрешая формироваться мыльным пузырям.
Говоря упрощённо, в необычной звезде из кварковой материи состоят именно эти самые «пузыри», плавающие в море электронов. «До сих пор учёные, разглядывающие модели необычных звёзд, упускали из виду силы поверхностного натяжения» — говорит Джаикумар.
По его расчётам выходит, что не смотря на то, что ядро у необычной звезды и очень плотное, поверхность её — не столь плотная, как вычисляли астрофизики ранее.
Вот классическое представление интерьера нейтронной звезды (слева) и кварковой звезды (справа). Красные кружки – верхние кварки, зелёные – нижние кварки, светло синий – необычные кварки.
Слева продемонстрировано, что кварки заключены в нейтронах (так называемый confinement), справа – что они свободны и перемешаны (иллюстрация с сайта chandra.harvard.edu).
Необходимо отыскать в памяти, что и отечественные ветхие друзья, другими словами — нейтронные звёзды, это вовсе не десятикилометровые шары из нейтронов, прижатых друг к другу силами гравитации.
В действительности, строение таких тел сверхсложное и, Наверное, показывает множество слоёв, хороших по составу.
К примеру, учёные сходятся на том, что на поверхности нейтронных звёзд существует железная кора (толщиной порядка пары километров).
Кое-какие нейтронные звёзды имеют столь сильные магнитные поля (в триллион раза больше земного), что их выделяют в отдельную группу — магнетары. Магнитное поле создаёт в их коре сильнейшее механическое напряжение.
А потому, что совокупность не статична, иногда наступают моменты, в то время, когда в определённой точке кора лопается, давая трещину и вызывая звездотрясение, как будто бы по поверхности нейтронной звезды, как по колоколу, ударили огромным молотом.
Это звездотрясение сопровождается замечательной и маленькой вспышкой гамма излучения — гамма-взрывом. Его смогут зафиксировать устройства.
Так, например, в декабре 2004 года рекордно сильное звездотрясение, с разломом коры (как информировали исследователи), испытал магнетар SGR 1806-20. Анализ гамма-излучения кроме того разрешил выяснить частоту колебаний «коры-колокола» — около 100 герц. Кстати, на протяжении данной гамма-вспышки выделилась энергия, которую Солнце излучает за 150 тысяч лет.
И вот ещё в тот раз учёные, разбиравшие эти со спутников, говорили, что наблюдения за такими звездотрясениями – это один из ответственных дорог, дабы наконец-то узнать их (нейтронных звёзд) структуру (подобно тому, как землетрясения «просвечивают» отечественную планету) и, отметьте, метод осознать — имеется ли в глубинах этих объектов необычная кварковая материя.
До сих пор совершенно верно это не установлено.
В это же время, один из самых активных и давешних исследователей нейтронных звёзд Норман Гленденнинг (Norman Glendenning) из американской лаборатории Беркли (Berkeley Lab) вычисляет: строение нейтронной звезды сложнее и занимательнее не только того, как его воображает себе среднестатистический обыватель, но кроме того и того, о чём говорит большая часть современных физиков.
Его теорию нейтронных звёзд мы детально излагали в этом материале.
Как и Джаикумар с соавторами, в собственной теории Норман даёт последовательность ключей, по которым, согласно его точке зрения, возможно разобраться всё-таки — каковы нейтронные звёзды.
Так вот совпадение (либо закономерность?) — Гленденнинг также уверен в том, что в глубинах нейтронных звёзд формируется кварковая материя, где нет ни протонов, ни нейтронов (давших, фактически, таким звёздам наименование), ни электронов, а имеется только одни свободные кварки, да глюоны.
И ещё о моделях. на данный момент показалось сходу пара предположений состава начинки сверхплотных объектов, типа нейтронных и кварковых звёзд.
А это уже рисунок из работы Фридолина Вебера, в которой он обрисовывает разные типы сверхплотных объектов. Пояснения в тексте (иллюстрация с сайта arxiv.на данный момент).
Тут появляются уже такие увлекательные понятия, как протонная и цветная сверхпроводимость(основанная на спаривании кварков, а не электронов либо протонов). Кроме того рождаются новые гипотетические типы этих сверхплотных звёзд (смотрите рисунок):
1 — Классическая нейтронная звезда;
2 — Нейтронная звезда с пионным конденсатом (это практически простая нейтронная, но с ядром из отрицательных пионов);
3 — Нуклонная звезда (практически такая же, как классическая нейтронная, но с ядром из отрицательных каонов);
4 — Необычная звезда. За исключением металлической коры, которая, по всей видимости, однообразна по большому счету для всех объектов в данной серии, она складывается из кварков, быть может, в состоянии цветной сверхпроводимости;
5 — Гиперонная звезда (соответственно, практически как несложная нейтронная, но с ядром из гиперонов);
6 — Кварк-гибридная звезда (как простая нейтронная, но с ядром из кварковой материи, другими словами – такая, о которой сказал ещё Гленденнинг);
Помимо этого, на рисунке указаны: 7 – железная кора; 8 – водородно-гелиевая воздух; 9 – узкий слой сверхтекучей нейтронной жидкости; 10 – слой сверхпроводящих протонов.
Подробное описание всех фазовых переходов и этих звёзд вещества в них вы имеете возможность отыскать в данной новой работе Фридолина Вебера (Fridolin Weber) из университета Сан-Диего (San Diego State University) — PDF-документ.
Итак, в случае если различным исследователям приходят в голову сходные мысли, значит, имеется шанс, что они небеспочвенны?
Ожидаем от астрологов открытия необычных звёзд.
