Астрофизики нашли внутри мертвой звезды самого удачливого “вора” Вселенной

8:39 05/05/2018
👁 172

магнетар нейтронная звезда

Астрофизикам впервые удалось зафиксировать, что самые горячие “мертвые звезды” Вселенной очень быстро охлаждаются из-за своеобразного нейтринного “энергетического вора” в их недрах, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

“Все это весьма важно по той причине, что существование подобного процесса в ядре нейтронных звезд требует двух факторов — наличия свободных нуклонов и большого количества протонов, в чем раньше никто не был уверен. Теперь мы можем определить, как много тепла в их центре, и приблизиться к разгадке тайны материи нейтронных звезд”, — заявил Джеймс Латтимер (James Lattimer), астрофизик из университета Стоуни-Брук (США), комментируя открытие.

Космический баланс

Все звезды представляют собой гигантские термоядерные реакторы, в которых противоборствуют физические силы: одни стремятся сжать звезду до размеров сингулярности, другие — разорвать ее на части. К первым относятся гравитация и ее “союзники”, а вторые — это тепло и свет, вырабатываемые в ходе термоядерных реакций.

Когда светило умирает и превращается в белого карлика или пульсар, равновесие между этими силами нарушается. Бывшая звезда сжимается и раскаляется до огромных температур, что удерживает ее от дальнейшего гравитационного коллапса и позволяет светить еще несколько сотен миллионов лет.

Еще в начале XX века, на заре развития ядерной и термоядерной физики, астрономы обнаружили, что такое объяснение процесса смерти светил не соответствует реальным наблюдениям. Поверхность настоящих нейтронных звезд оказалась гораздо менее горячей, чем предсказывала теория, и в целом они охлаждались быстрее, чем предполагали ученые.

Эту загадку решил известный физик-теоретик Георгий Гамов, который в 1940 году заметил, что при достаточно высоких температурах и давлениях свободные протоны, “плавающие” в супе материи нейтронных звезд или белых карликов, будут сливаться с электронами и нейтронами, формируя нейтроны и выбрасывая в окружающее пространство пары нейтрино и антинейтрино. Затем нейтроны распадутся на электроны и протоны — и процесс начнется заново, что позволяет звезде выбрасывать нейтрино и терять энергию с почти бесконечной скоростью.

Эта идея, давно ставшая общепринятым постулатом астрофизики, названа урка-процессом — в честь казино (Casino-da-Urca) в Рио-де-Жанейро, где, согласно легенде, Гамов и его ученик совершили это открытие. Бывший советский ученый решил назвать процесс так еще и потому, что нейтрино “уносят энергию так же быстро, как деньги исчезали при игре в рулетку” или “как урка ворует бесхозное добро”.

Физическое “казино”

Астрономы, несмотря на все усилия, так и не смогли напрямую зафиксировать урка-процесс в недрах уже известных пульсаров, и это заставляло теоретиков искать альтернативные варианты работы “нейтринного испарителя” — со взаимодействием не протонов и электронов, а пар нейтронов или ядер атомов и нейтронов, что резко снижало его эффективность.

Эдвард Браун (Edward Brown), астрофизик из университета штата Мичиган в Ист-Лэнсинге (США), и его коллеги нашли первые свидетельства того, что самый простой и эффективный вариант урка-процесса действительно происходит в природе. Для этого они десять лет наблюдали за звездной системой MXB 1659-29, которая состоит из нейтронной звезды и обычного светила.

Пульсар, как рассказывают ученые, постоянно “ворует” материю звезды и накапливает ее на своей поверхности. Когда эта масса достигает некой критической отметки, происходит термоядерный взрыв и внешние слои нейтронной звезды разогреваются до сверхвысоких температур, что во многом повторяет процесс их рождения.

Воспользовавшись этим сходством, астрономы проследили, как подобные взрывы влияют на число нейтрино, вырабатываемых пульсаром. Наблюдения показали, что MXB 1659-29 во время подобных вспышек вырабатывает гигантское число частиц — примерно на десять порядков больше, чем можно получить через альтернативные версии урка-процесса.

Соответственно, теперь ученые могут говорить, что главная версия “нейтринного испарителя” действительно работает в недрах звезд. Это, в свою очередь, указывает, что далеко не все частицы материи в ядре превратились в нейтроны: примерно десятая доля должна была выжить, чтобы “звездный воришка” мог выбрасывать энергию из ядра пульсара с нужной скоростью.

Как надеются Браун и его коллеги, дальнейшие наблюдения за MXB 1659-29 и другими “мертвыми звездами” помогут понять, как устроены недра и что происходит в ядре самых плотных сгустков материи во Вселенной.


Источник

Добавить комментарий