|
Быстро вращающиеся пульсары содержат кварковую материю
|
|
|
|
Нейтронные звезды названы так потому, что в простейших моделях они состоят из нейтронов. Они образуются, когда ядро большой звезды сжимается, а сила тяжести приводит к коллапсу атомов. Электроны сжимаются вместе с протонами, так что ядро превращается в плотное море нейтронов.
|
|
|
|
Но теперь мы знаем, что нейтронные звезды - это не просто нейтроны, связанные гравитацией. Во-первых, нейтроны состоят из кварков, которые имеют свои собственные взаимодействия как внутри нейтронов, так и между ними. Эти взаимодействия чрезвычайно сложны, поэтому детали внутреннего устройства нейтронной звезды мы до конца не понимаем.
|
|
|
|
Основные свойства нейтронной материи лучше всего описываются уравнением состояния Толмана-Оппенгеймера-Волкова. Исходя из этого, верхний предел массы нейтронной звезды должен составлять от 2,2 до 2,6 масс Солнца, что, по-видимому, согласуется с наблюдениями. Уравнение TOV также предполагает, что нейтроны внутри нейтронной звезды остаются нейтронами.
|
|
|
|
В атомных ядрах не может быть моря свободных кварков из-за природы сильного ядерного взаимодействия, так что это кажется разумным предположением. Но некоторые физики и астрономы утверждают, что в плотном сердце нейтронной звезды кварки могут вырваться на свободу и создать кварковую звезду. Некоторые даже предположили, что кварки внутри нейтронной звезды могут взаимодействовать настолько сильно, что появляются странные кварки, превращающие их в странные кварковые звезды.
|
|
|
|
|
|
|
Один из способов изучить эти идеи - посмотреть на пульсары. Поскольку пульсары - это вращающиеся нейтронные звезды, магнитный полюс которых направлен в нашу сторону, мы можем измерить скорость вращения, засекая время прохождения радиоимпульсов от пульсара. Итак, если пульсар вспыхивает каждые три секунды, мы знаем, что именно столько времени требуется нейтронной звезде, чтобы совершить один оборот. Именно благодаря пульсарам мы впервые узнали, что нейтронные звезды - это, в общем, нейтронные звезды, потому что скорость вращения объекта говорит о минимальной плотности, которую должен иметь объект.
|
|
|
|
Вы можете представить себе это как карусель на детской площадке. Если вы позволите нескольким детям взобраться на нее, а затем будете вращать карусель очень быстро, вы сможете наблюдать, как дети один за другим слетают с нее, теряя хватку. Это одна из причин, по которой карусели на детских площадках в наши дни так редки.
|
|
|
|
Поскольку звезды удерживаются вместе под действием силы тяжести, существует верхний предел скорости вращения звезды. Еще немного - и гравитация потеряет свою силу, и звезда разлетится на части. Таким образом, когда мы измеряем вращение пульсара, мы знаем, что оно должно быть ниже верхнего предела, известного как частота Кеплера. Поскольку поверхностная гравитация звезды зависит от ее плотности, частота вращения говорит нам о минимальной плотности звезды. Когда астрономы впервые обнаружили пульсары, вращающиеся со скоростью несколько оборотов в секунду, они знали, что плотность пульсара больше, чем у белого карлика, поэтому это должна быть нейтронная звезда.
|
|
|
|
Существуют пульсары с очень высокой частотой вращения. Самые быстрые из наблюдаемых пульсаров, известные как миллисекундные пульсары, могут иметь частоту более 700 Гц. Это довольно удивительно, если вдуматься. Объект, масса которого почти вдвое превышает массу Солнца, но имеет всего несколько километров в поперечнике и совершает сотни оборотов в секунду.
|
|
|
|
Миллисекундные пульсары вращаются так быстро, что их даже нельзя назвать сферическими. Они выпирают вокруг своих экваторов, превращаясь в сплюснутые сфероиды. Это означает, что плотность в их полярных областях должна быть намного выше, чем вблизи экватора. В связи с этим возникает вопрос о том, могут ли нейтроны в полярных областях претерпевать фазовый переход в кварковую материю.
|
|
|
|
Чтобы исследовать эту идею, команда ученых изучила различные модели нейтронных звезд. Они смоделировали уравнение состояния традиционных нейтронных звезд и сравнили их с так называемыми гибридными звездами, внутренняя часть которых представляет собой смесь нейтронов и кварковой материи. Исходя из этого, они рассчитали частоту Кеплера в зависимости от общей массы звезды. Работа размещена на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Они обнаружили, что, хотя все наблюдаемые в настоящее время миллисекундные пульсары могут быть описаны с помощью традиционной модели, гибридная модель лучше подходит для самых быстрых пульсаров. Они также подсчитали, что гибридные звезды будут совершать более 1000 оборотов в секунду. Таким образом, если мы обнаруживаем пульсары в диапазоне 800 Гц или выше, мы знаем, что они, скорее всего, содержат кварковое вещество в своих ядрах.
|
|
|
|
Другим способом проверить гибридную модель нейтронной звезды было бы найти больше миллисекундных пульсаров с широким диапазоном масс. Это позволило бы нам посмотреть, как меняется частота вращения в зависимости от массы на верхнем пределе, чтобы увидеть, согласуются ли частоты Кеплера в большей степени с гибридной или традиционной моделью.
|
|
|
|
Источник
|
