Ученые заморозили нейтронные звезды

Группа американских физиков, проанализировав все имеющиеся данные о процессах, протекающих в нейтронных звездах, выяснила, что поверхность этих объектов должна быть достаточно холодной. Дело в том, что при деформации атомов под действием гравитации в недрах звезды возникают мощные потоки нейтрино. Они-то и уносят тепло в открытый космос.

Фото:

Нейтронные звезды до сих пор являются весьма загадочными объектами — до сих пор ученые не совсем представляют себе те процессы, которые происходят в их недрах. Традиционно считается, что при формировании такой звезды чудовищная гравитация так сжимает атомы, что электроны, вдавленные ей в ядра, объединяются с протонами, образуя нейтроны. Таким образом рождается объект почти полностью состоящий из этих частиц. Однако во внешних слоях такой звезды давление и температура падают и в результате там образуется твердая корка толщиной около километра, состоящая в основном из ядер железа.

И вот тут уже возникает закономерный вопрос — а насколько горячей может быть поверхность нейтронной звезды? Ведь в глубине самого объекта уже не идут термоядерные реакции, которые являются источниками тепла обычных светил. Есть конечно же, предположение, что в недрах нейтронных небесных тел под действием все той же гравитации происходит распад нейтронов на составляющие их кварки, однако не ясно, насколько сильно он может разогревать поверхность. Хотя есть данные, говорящие о том, что какое-то количество тепла, необходимое для сильного разогрева звездной "коры" из недр этого объекта все-таки поступает.

Кроме того, многие астрономические наблюдения говорят о том, что на поверхности нейтронных звезд не так уж и холодно. Дело в том, что эти объекты постоянно притягивают к себе вещество, испускаемое другими звездами, в основном — водород и гелий. Попав же на поверхность нейтронного "вора" эти вещества сжимаются под действием все той же гравитации, в результате чего в них начинаются термоядерные реакции, которые, как известно, выделяют большое количество тепла. Ну, а это тепло, по идее, должно сильно разогревать вышеупомянутую поверхность (согласно расчетам — до сотен миллионов градусов).

Итак, согласно современным представлениям, поверхность нейтронной звезды может разогреваться как изнутри, так и извне. Тем не менее далеко не все ученые согласны с такой интерпретацией событий, происходящих на этих объектах. Так группа ученых из Университета штата Мичиган (США), которой руководит астрофизик Хендрик Шатц, произведя несколько расчетов, пришла к выводу, что на самом деле поверхность звезды подобного типа должна быть достаточно холодной. А все из-за того, что вышеупомянутые термоядерные реакции во внешних слоях светила ведут к быстрой генерации мощного потока нейтрино, которые быстро уносят энергию от звезды практически без взаимодействия с окружающим веществом.

Для того, чтобы доказать это предположение, ученые построили модель, достаточно точно воспроизводящую основные процессы, которые происходят в нейтронных звездах (само собой, исходные данные были взяты из предыдущих расчетов и наблюдений). И вот, модель показала, что экстремальные давление и плотность внутри нейтронной звезды должны д привести к деформации атомных ядер. А вот тут получается весьма интересная картина — если нормальные (то есть не деформированные) ядра, благодаря своей форме, весьма сильно подавляют унос тепла нейтринными потоками (ученые назвали этот процесс "нейтринным охлаждением) то деформированные, напротив, не мешают появлению большого количества нейтрино которые уносят всю уносить энергию из тех мест, где протекают термоядерные реакции.

В статье, опубликованной в журнале Nature авторы работы пишут о том, что нейтринное охлаждение не только уносит тепло, получающееся в результате поверхностных реакций, но еще и мешает внутреннему разогреву поверхности нейтронной звезды. "Этот охлаждающий слой залегает очень близко к поверхности. Если тепло "из недр" все же доберется до него, то оно никогда не сможет преодолеть такую преграду и выбраться на поверхность. И это полностью меняет наши представления о том, почему поверхность нейтронной звезды горяча. Теперь это большая загадка" — комментирует результаты работы ведущий автор исследования Хендрик Шатц.

Таким образом, получается, что из-за нейтринного охлаждения внутренний разогрев просто не доходит до поверхности звезды, а внешний не оказывает на это поверхность долговременного воздействия, поскольку все тепло сразу же уносится нейтринными потоками. Кстати, об их способности охлаждать излучающую поверхность, знали достаточно давно — просто до исследований группы Шатца не предполагали, что подобное явление может быть связано с деформацией ядер в нейтронной звезде. Однако теперь никаких сомнений быть не может — расчеты ученых из Университета штата Мичиган были неоднократно проверенны их коллегами и никаких ошибок в них обнаружено не было.

Впрочем, часть астрофизиков весьма скептически восприняли версию группы Шатца о том, что поверхность нейтронных звезд весьма и весьма прохладна (по звездным меркам, конечно же — на самом деле температура там может переваливать за несколько сотен градусов). Они считают, что данная гипотеза не согласуется с результатами различных наблюдений или же других моделей. Например, той, что объясняет излучение некоторых нейтронных звезд в рентгеновском спектре — такой тип излучения может появиться только при очень сильном разогреве поверхностного вещества.

Так что, как видите, исследование американских физиков принесло больше вопросов, чем ответов. Однако для ученых это совершенно нормальный процесс — такое положение дел стимулирует их сделать дополнительные наблюдения и расчеты для того, чтобы наконец-то выяснить, как там все происходит на самом деле…