Почему самая молодая нейтронная звезда в Млечном Пути быстро остывает: ответ ученых
Астрофизики из Санкт-Петербурга определили возможную причину быстрого падения температуры самой молодой известной нейтронной звезды в нашей галактике, расположенной в туманности Кассиопея А. Новая модель предполагает, что виной всему являются экстремальные реакции с участием нейтрино, бушующие в самом сердце небесного тела.
Нейтронные звезды рождаются в огненных вспышках сверхновых, когда массивная звезда завершает свою жизнь мощным взрывом. При этом ее ядро коллапсирует в невероятно плотный шар радиусом всего около 10 км — в 70 000 раз меньше солнечного. Вещество внутри таких звезд сжато намного сильнее, чем материя в атомных ядрах. Его свойства до конца не изучены: оно может становиться сверхтекучим или сверхпроводящим.
Особый интерес для ученых представляет нейтронная звезда в центре туманности Кассиопея А. Ее возраст всего 345 лет, что делает ее молодой по астрономическим меркам. За последние 20 лет наблюдений температура ее поверхности заметно снизилась, причем скорость этого остывания оказалась значительно выше всех теоретических прогнозов.
Молодые нейтронные звезды охлаждаются в основном изнутри, путем испускания нейтрино — загадочных элементарных частиц, которые почти не взаимодействуют с веществом и свободно уносят энергию прочь от звезды. Около 15 лет назад астрофизики предположили, что ускоренное охлаждение Кассиопеи А может быть связано с фазовым переходом в ее ядре — возникновением сверхтекучести, которая усиливает нейтринное излучение. Однако со временем накопившиеся данные наблюдений перестали укладываться в эту гипотезу, потребовав новой физической модели.
Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН в Санкт-Петербурге предложили альтернативный сценарий. Согласно их расчетам, стремительная потеря тепла может быть вызвана не сверхтекучестью, а включением особо мощных нейтринных реакций в самой центральной области звезды, где плотность материи достигает наивысших значений. Эти реакции, способные работать и без сверхтекучести, служат мощным теплоотводом из небольшого внутреннего ядрышка светила.
Процесс интенсивного охлаждения начинается в «сердцевине» сразу после рождения звезды, но его последствия на поверхности становятся заметны лишь спустя сотни лет. Российские ученые не только провели сложные численные расчеты, но и разработали простую аналитическую модель, которая наглядно объясняет эту временную задержку в первые два века жизни светила и последующее резкое ускорение остывания, которое наблюдается сегодня.
Авторы исследования отмечают, что рентгеновская обсерватория «Чандра» продолжает изучение объекта. Дальнейшее наблюдение позволит определить истинный сценарий ускоренного остывания. «Это будет способствовать решению фундаментальной проблемы физики и астрофизики — определению свойств сверхплотного вещества и внутреннего строения нейтронных звезд», — пояснил доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН Дмитрий Яковлев.
Один из самых известных видов нейтронных звезд — это пульсары. Сделали материал о том, из чего они состоят и чем опасны.
Визуализация пресс-службы Российского научного фонда
