Надрідке серце в нейтронних зірках Для науки
Швидке охолодження молодої нейтронної зірки можна пояснити переходом її ядра в надфлюїдну фазу.
Враження цього художника про нейтронну зірку в центрі Кассіопеї А ілюструє різні шари зростаючої щільності - від кори (оранжевого кольору) до внутрішнього ядра (темно-червоного). Останні утворювались би з нейтронів у надрідкому стані. Утворення цієї надрідкої фази супроводжується випромінюванням нейтрино, які ефективно виводять енергію з ядра зірки (сині промені) і, таким чином, призводять до швидкого охолодження.
Надтекучість - це дивовижний стан речовини, де в’язкість рідини дорівнює нулю, а її теплопровідність нескінченна. У лабораторії відомий лише гелій, який при охолодженні до температури, близької до абсолютного нуля, стає надрідким. Згідно з розрахунками, проведеними незалежно двома групами астрофізиків на чолі з Дані Пейдж з Мексиканського університету та Пітером Штерніним з Інституту Іоффе в Санкт-Петербурзі, серце зірок, яке називається нейтронними зірками, також знаходилося б у надточній рідині держава.
Нейтронні зірки - це залишки масивних зірок, які вибухнули як наднова. Щільність близько одного мільярда тонн на кубічний сантиметр - це найщільніші відомі об’єкти. Тиск у цих зірках такий, що електрони зливаються з протонами, утворюючи нейтрони. Таким чином, внутрішня частина - це суп з ядер, багатих нейтронами, протонами та вільними нейтронами, причому останніх стає все більше і більше в міру наближення до центру зірки.
В якому стані знаходиться цей надщільний екзотичний матеріал? Щоб з’ясувати це, дві групи дослідників вивчали дані рентгенівського супутника Чандра щодо нейтронної зірки в центрі Кассіопеї А, залишку наднової, що вибухнула близько 330 років тому; тому все ще "гаряча" нейтронна зірка. Ці дані свідчать про швидке зниження температури зірки приблизно на чотири відсотки за останні десять років.
За словами двох команд, це надзвичайно швидке охолодження не може бути пояснене термічним охолодженням поверхні поверхні зірки ("кора") або іншими процесами, що відбуваються там. Причина глибша. Згідно з їх розрахунками, охолодження є результатом переходу в надфлюїдну фазу нейтронів в ядрі зірки. Дійсно, надплинність можна описати моделлю, подібною до моделі надпровідності (теорія BCS), де однакові частинки об'єднуються парами, утворюючи "пари Купера". У разі рідини нейтронів утворення пари супроводжується викидом двох нейтрино. Ці частинки, дуже рідко реабсорбуючись, ефективно виводять енергію з нутрощів зірки. Очікується, що цей режим швидкого охолодження триватиме ще кілька десятиліть.
На думку астрофізиків, швидкість охолодження передбачає, що залишкові протони також перебувають у надрідкому стані. Отримуючи електричний заряд, вони утворюють надпровідне матеріальне середовище.
Д. Пейдж та модель його колег дозволили їм оцінити критичну температуру (дуже складно безпосередньо розрахувати), нижче якої нейтрони стають надрідкими: від 500 мільйонів до одного мільярда градусів. Критична температура протонів була б ще вищою.
Раптові зміни швидкості обертання деяких нейтронних зірок вже припускали існування надрідких фаз нейтронів у корі зірки. Нові результати проливають світло на глибші шари, де щільність ще вища, а поведінка матеріалу ще більш нетиповою.