«Ядерные макароны»: открыто новое свойство материи в нейтронных звездах
Нейтронные звезды с самого момента своего открытия представляют собой крепкий орешек для ученых. Главных загадок две: как материя внутри них может быть настолько плотно «упакована», и как при этом она может быть хоть сколько-нибудь стабильной. И немецко-датская команда астрофизиков претендует на то, что приблизилась к разгадке обеих — реконструировав механизм, который должен формировать «ядерные макароны».
«Ядерными макаронами» называется то состояние материи, которое позволяет нейтронным звездам быть самыми плотными объектами во Вселенной (за исключением черных дыр). Чудовищной мощи гравитация в их недрах расплющивает даже атомы, вытягивая протоны и нейтроны в длинные нити, напоминающие ученым спагетти. Правда, в теории, ведь на практике эту гипотезу пока доказать не удалось, и главный аргумент «против» — ее нестабильность.
Но, по всей видимости, скоро этот аргумент может оказаться неактуален: ученые из Института Нильса Бора и Дармштадского университета готовы предложить механизм, стабилизирующий эти квантовые «макароны». На это потенциально способны протоны и нейтроны, постепенно «вытекающие» из не до конца расплющенных атомных ядер.
Всего недра нейтронной звезды на 95% состоят из нейтронов и лишь на 5% из протонов. Так происходит потому, что протоны под воздействием столь экстремальных условий теряют заряд, превращаясь в своих нейтральных собратьев. Но тонкая кора звезды не настолько плотная, как её ядро, и там все еще могут сохраняться относительно целые атомные ядра (о полноценных атомах, разумеется, речи не идет).
Тем не менее, гравитация давит и на них, и под ее влиянием в ядрах образуется избыток нейтронов. Здесь происходит самое интересное: нейтральные нуклоны могут начать «капать» по одному из ядер, создавая вместе целый нейтронный поток, в результате которого ядра начинают плавать в нем, как тефтели в томатном супе. Но что, если протоны тоже могут «вытекать» из ядер наружу?
Впервые в истории физики отвечая на этот вопрос, команда ученых рассчитала энергию ядерного вещества в условиях коры нейтронного светила — причем напрямую, как функцию доли протонов (включив, разумеется, в модель парные взаимодействия между частицами). И ответ оказался утвердительным: протонные «капли» действительно существуют.
Таким образом, «томатный суп» включает в себя нуклоны обоих типов, что, как демонстрирует приведенный график, резко увеличивает его стабильность — даже в виде макарон, в которые он превращается по мере погружения вниз, в мантию звезды. Это открытие резко улучшает теоретическое понимание процессов, протекающих внутри нейтронных звезд и, не исключено, сможет даже приоткрыть завесу тайны над механизмом их пульсирующего излучения.
