Ученые нашли внутри мертвой звезды самого удачливого "вора" Вселенной
Астрофизикам впервые удалось зафиксировать, что самые горячие "мертвые звезды" Вселенной охлаждаются очень быстро до низких температур благодаря наличию своеобразного нейтринного "энергетического вора" в их недрах, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
"Все это крайне важно по той причине, что существование подобного процесса в ядре нейтронных звезд требует двух вещей – наличия там свободных нуклонов и большого количества протонов, в чем раньше никто не был уверен. Теперь мы можем определить, как много тепла содержится 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 Вселенной представляют собой гигантские термоядерные реакторы, внутри которых противоборствуют два "лагеря" физических сил, один из которых стремится сжать их до размеров сингулярности, а другие – разорвать ее на части. К числу первых относится гравитация и ее "союзники", а вторых – тепло и свет, вырабатываемые в ходе термоядерных реакций.
Когда светило умирает и превращается в белого карлика или в пульсар, равновесие между этими силами нарушается. Бывшая звезда сжимается и раскаляется до огромных температур, что удерживает ее от дальнейшего гравитационного коллапса и позволяет ей светиться еще несколько сотен миллионов лет.
Еще в начале 20 века, на заре развития ядерной и термоядерной физики, астрономы обнаружили, что подобное объяснение процесса смерти светил не соответствует тому, что наблюдается в реальности. Поверхность настоящих нейтронных звезд оказалась на несколько порядков менее горячей, чем предсказывала теория, и в целом они охлаждались быстрее, чем на то указывали расчеты.
Эту загадку решил известный физик-теоретик Георгий Гамов, заметивший в 1940 году, 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 этот процесс начнется заново, что позволяет звезде выбрасывать нейтрино и терять энергию почти с бесконечной скоростью.
Эта идея, давно ставшая общепринятым постулатом астрофизики, получила название "урка-процесс" в честь имени бразильского казино, где Гамов и его ученик, согласно легенде, совершили это открытие. Бывший советский ученый решил назвать его подобным образом по той причине, что нейтрино "уносят энергию так же быстро, как деньги исчезали при игре в рулетку", или же "как урка ворует бесхозное добро".
Физическое "казино"
Астрономы, несмотря на все усилия, так и не смогли напрямую зафиксировать его существование в недрах уже известных нам пульсаров, что заставляло теоретиков искать альтернативные варианты работы этого "нейтринного испарителя", в которых взаимодействовали пары нейтронов или ядра атомов и нейтроны, а не протоны и электроны, 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 его работы действительно существует в природе, наблюдая на протяжении 10 лет за звездной системой MXB 1659-29, где обитает нейтронная звезда и обычное светило.
Пульсар, как рассказывают ученые, постоянно "ворует" материю своей соседки и накапливает ее на своей поверхности. Когда ее масса достигает некой критической отметки, происходит своеобразный термоядерный взрыв, в результате чего внешние слои нейтронной звезды разогреваются до сверхвысоких температур, что во многом повторяет процесс их рождения.
Воспользовавшись подобным сходством, астрономы проследили за тем, как подобные взрывы влияют на число нейтрино, вырабатываемых пульсаром. Их наблюдения показали, что MXB 1659-29 вырабатывает гигантское число частиц в ходе подобных вспышек, чье число было примерно на 10 порядков выше, чем можно получить через альтернативные версии урка-процесса.
Соответственно, теперь ученые могут говорить, что главная версия этого "нейтринного испарителя" действительно присутствует в недрах звезд. Это, в свою очередь, указывает на то, что далеко не все частицы материи в их ядре превратились в нейтроны – примерно десятая их доля должна была выжить, чтобы подобный "звездный воришка" мог выбрасывать энергию из ядра пульсара с нужной скоростью.
Дальнейшие наблюдения за MXB 1659-29 и другими "мертвыми звездами", как надеются Браун и его коллеги, помогут понять, как устроены недра и что происходит в их ядре самых плотных сгустков материи во Вселенной.