Астрофизики разглядели сверхтекучесть в нейтронной звезде

О переходе вещества внутри нейтронных звёзд в сверхтекучее состояние теоретики говорили давно. Но до сих пор не было фактов, которые подкрепляли бы такую точку зрения. Сюрприз преподнёс остаток сверхновой Кассиопея А.

Раскрашенное композитное изображение остатков сверхновой Кассиопея А, в котором соединены снимки в видимом, инфракрасном и рентгеновском диапазонах. Сама звезда – маленькая голубая точка в центре (фото NASA/JPL-Caltech).

Перед нами самая молодая нейтронная звезда в Галактике, ей всего порядка 330 лет (без учёта расстояния и, соответственно, задержки в приходе излучения от этого объекта).

По расчётам специалистов в первые дни или недели после взрыва темп охлаждения звезды был высок из-за взаимодействия протонов и нейтронов. Оно порождало нейтрино, уносившие энергию в космос.

Затем охлаждение резко замедлилось, так как оставшиеся протоны перешли в сверхтекучее состояние и перестали взаимодействовать с нейтронами. По идее, последующее остывание объекта должно идти с черепашьей скоростью, едва ли обнаружимой приборами.

Однако, не всегда. Ещё семь лет назад две группы учёных независимо вычислили — какой перепад температуры молодой звезды следует ожидать во время перехода её (на этот раз уже нейтронных) глубин в сверхтекучее состояние. В нём нейтроны объединяются в пары.

В одной группе лидировал Дмитрий Яковлев из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе, во второй — Дэни Пейдж (Dany Page) из Национального автономного университета Мексики.

Ныне они продолжили свои исследования. И по оценке Пейджа, случиться знаменательный переход должен был, как только звезда остыла ниже отметки в 0,5 миллиарда кельвинов. По вычислениям Яковлева со товарищи граница проходит на уровне 0,7-0,9 миллиарда градусов.

Впрочем, в главном группы сошлись: как только нейтроны примутся образовывать сверхтекучую жидкость, скорость охлаждения такой звезды резко возрастёт. Происходить это будет из-за того, что многие пары нейтронов будут разбиваться и затем снова соединяться. И в ходе этого цикла должно рождаться большое количество нейтрино.

Две упомянутые группы, дополненные новыми участниками из университетов Канады и Великобритании, обратили свои взоры на снимки с рентгеновского орбитального телескопа Chandra. Кропотливый анализ собранных данных показал, что с 1999 года, когда сама звезда и была идентифицирована в рентгеновском диапазоне, температура её упала на 4%. Это очень много, но зато укладывается в построения Яковлева и Пейджа.

«Этот процесс соединения пар и их разбивания шёл последние несколько десятилетий, — объясняет Nature, — и он будет идти ещё несколько десятилетий. Затем, когда в сверхтекучее состояние перейдёт столь много нейтронов, насколько это возможно, охлаждение звезды снова замедлится.»

Получается, учёным удалось застать довольно быстротечный период в жизни нейтронной звезды. Для окончательного подтверждения теории о сверхтекучести её интерьера, впрочем, потребуются дополнительные наблюдения. Статья о новых расчётах Пейджа и его коллег должна выйти в Physical Review Letters, а группы Яковлева — в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.