Нейтронные звёзды состоят из спагетти и ячменных зёрен
Главные представления о нейтронных звёздах возможно отыскать и в популярной литературе и в книжках. Ещё не чёрная дыра, но плотность большая — намного выше плотности ядер атома. А что в?
Последователи разных теорий спорят об этом уже два десятка лет. Но, возможно, не так долго осталось ждать их споры закончатся.
Один из самых активных исследователей нейтронных звёзд — Норман Гленденнинг (Norman Glendenning) из американской лаборатории Беркли (Berkeley Lab) — увлёкся ими ещё в 1980-х. И по сей день его давешние и современные идеи являются предметом ожесточённых дискуссий.
Некогда на одном из ускорителей Беркли (Bevalac) учёные приобретали на маленькие мгновения состояние вещества с плотностью в три раза выше ядерной, но кроме того этого было мало, дабы адекватно воспроизвести внутренность нейтронной звезды, где плотность материи намного-намного выше.
При размерах в 10-20 километров их масса столь громадна, что сила тяжести на поверхности в 100 миллиардов раза больше, чем тяготение на поверхности Почвы. Это тяготение выясняется больше, чем внутриядерные силы, так что в центре звезды материя преобразовывается… Во что?
Во что именно — остаётся предметом теоретических споров, каковые, действительно, пара разбавляются анализом наблюдений настоящих нейтронных звёзд, но об этом позднее.
Примечательно, что вопреки распространённому среди неспециалистов представлению нейтронные звезды не состоят только из нейтронов.
Не смотря на то, что их неспециализированный заряд нейтрален, в том месте возможно отыскать и протоны, и электроны, и множество вторых частиц. «Начинка» таковой звезды далеко не однородна — на различных её глубинах существует разное строение и разное давление. А ведь ещё на всю эту «кухню» очень сильно воздействует скорость вращения отечественного объекта.
Норман Гленденнинг думает о нейтронных звёздах двадцать лет (фото с сайта lbl.gov).
Вот как выглядит экскурсия вовнутрь нейтронной звезды. Перемещаясь к центру, мы заметим, что по мере повышения плотности материя сжимается так, что в некий момент кварки, составляющие так именуемые элементарные частицы, становятся высвобожденными.
Тут нужно отступление — в отношении кварков используют термин confinement — заключение, что подразумевает: кварки постоянно находятся в частиц, каковые они составляют, и замечать их «по отдельности» принципиально нереально.
Но нет правил без исключения. В центре нейтронных звёзд, говорят физики, нет кроме того нейтронов — только целый «суп» свободных кварков, с добавкой глюонов (вообще-то, эти частицы являются «клеем» для кварков в ядерных частиц).
Наряду с этим большая часть теоретиков считает, что переход данный, от простой материи к кварковой, происходит по мере отечественного мысленного продвижения вглубь звезды — одновременно, как будто бы граница льдом сверху и водой внизу — на замёрзшем озере. Вот с ними и спорит отечественный храбрец, предлагая картину куда более сложную.
Дело в том, что в то время, когда вода мёрзнет, изменяется лишь взаимодействие — и одно расположение её молекул. В нейтронной звезде мы можем заметить различные, пересекающиеся трансформации: и зарядов, и без того именуемого барионного числа и другое, и другое.
Фазовые переходы при таких условиях — весьма сложны. Потому, что нет взаимосвязи между двумя упомянутыми особенностями материи. Так, нейтрон имеет хорошее барионное число, но нулевой заряд.
Верхний и нижний кварк имеют однообразное барионное число (плюс 1/3), но заряд первого — плюс 2/3, а второго минус 1/3.
Гленденнинг уверен в том, что из-за данной совокупности переходов по двум параметрам материя в нейтронной звезде существует не только в чистых, но и в так называемых смешанных фазах, где присутствуют и элементарные частицы, и свободные кварки.
Наряду с этим в определённых слоях в нейтронной звезды поддерживается превращение материи, напоминающее кипение супа: протоны преобразовываются в нейтроны, кварки различных типов преобразовываются приятель в приятеля и без того потом.
А всё совместно создаёт необычные структуры и поддерживает их в равновесии.
На энной глубине адронный слой (собственного рода кристалл) содержит только мало свободных кварков, каковые вплетены в него, как капельки жидкой воды в целый лёд.
Глубже «капельки» кварков удлиняются к «прутам», ещё глубже они сливаются в «плиты» (как слоёное тесто, перемежаемое начинкой).
Адроны же, напротив, глубже воображают «плиты», позже «стержни», позже — редкие «капельки».
Наконец, в самой глубине мы видим чистый комплект свободных кварков и ничего больше.
А вот во внешних слоях мы видим те самые нейтроны, которым изучаемая нами звезда обязана собственному заглавию, а самый же внешний (узкий) слой составляют ионы.
Внутренности нейтронной звезды по Гленденнингу (иллюстрация с сайта lbl.gov).
Американский физик подобрал «гастрономические» образы к этим необычным слоям — ячмень, спагетти, лазанья.
Превосходно. Но имеется ли метод хоть как-то проверить картину учёного экспериментально? Это непросто, но подход уже отыскан.
Ещё в 1970-х физики поняли, что в случае если с огромной скоростью закрутить около собственной оси ядра редкоземельных элементов (а такое вращение им возможно придать в ряде опытов на ускорителях), то будет наблюдаться необычный эффект: иногда вращение ядра быстро замедляется, а позже снова ускоряется без видимой обстоятельства.
Вероятное объяснение — стремительное вращение создаёт силы, талантливые краткосрочно порвать связи между отдельными протонами либо нейтронами. Это меняет момент инерции ядра.
Гленденнинг считает, что что-то похожее может происходить и с нейтронной звездой — бурные обоюдные превращения кварков частиц-и ряда адронов смогут оказывать влияние на её вращение.
А его-то мы можем фиксировать, благодаря радиоволнам, испускаемым вращающейся нейтронной звездой с сильным магнитным полем. Так маяк отправляет собственный луч по кругу (это те самые пульсары, за которыми в далеком прошлом замечают астрологи).
Как нейтронная звезда может поменять собственное вращение? К примеру, захватывая материю от простой звезды-спутника. Так нейтронная звезда ускоряется.
Но тогдадавление в её недрах падает (из-за центробежных сил), соответственно — перемещаются вглубь границы тех самых фазовых переходов, где обычная материя преобразовывается в кварковую.
Последней делается меньше, момент инерции всей звезды возрастает, и она снова замедляется.
Два процесса талантливые тормозить (на переднем замысле) либо ускорять (на заднем замысле) вращение нейтронной звезды (иллюстрация с сайта lbl.gov).
Второй случай замечаем, в то время, когда ось магнитного поля нейтронной звезды не сходится с её осью вращения. Появляется торможение. Так как энергия уходит с электромагнитным излучением.
Пульсар неспешно вращается всё медленнее, что увеличивает давление в его «интерьере», тогда кварковая материя начинает формироваться в его центре и наращиваться, наращиваться…
А потому, что кварковая материя очень плотна, она, наоборот, активизирует собственное вращение (как конькобежец, сводящий руки совместно), неспешно увлекая и внешние слои, и разгоняя снова всю звезду в целом.
Что же выходит? Существует саморегулирующийся механизм, не разрешающий нейтронной звезде вращаться через чур скоро и через чур медлительно. Соответственно, достаточно ветхие нейтронные звёзды должны «тяготеть» к какой-то средней частоте вращения (что зависит, само собой разумеется, и от их массы).
Наряду с этим оба процесса смогут и сочетаться, да ещё при их расчётах необходимо учитывать релятивистские эффекты, появляющиеся при сверхсильном тяготении.
И однако это явление, думает Гленденнинг, возможно постараться отследить по статистике распределения частот вращения пульсаров на примере большого их «населения».
Вправду, в один раз анализ каталога рентгеновских пульсаров продемонстрировал таковой «пик», но позднее итог дезавуировали какими-то пересчётами.
По солидному счёту, учёным не достаточно нейтронных звёзд. В смысле, через чур мало ещё собрано статистики по самым различным нейтронным звёздам, дабы делать далеко идущие выводы. По крайней мере — в данном вопросе.
на данный момент астрологи обдумывают и пробуют новые виды наблюдений, каковые разрешат вычислять радиус и массу нейтронных звёзд. Не так долго осталось ждать информации об одних из самых таинственных объектов Вселенной должно прибавиться. Тогда, возможно, мы определим — прав ли господин Гленденнинг.
Попов С. Б. — Астрофизика — Нейтронные звезды(Лекция 8)
Темы которые будут Вам интересны:
-
Кварковые звёзды маскируются под рядовые пульсары
-
Далёкая звезда осветила планы спасения земли от смерти солнца
