Представьте себе звезду, которая весит как наше Солнце, но при этом втиснута в шарик диаметром всего десять километров. Это нейтронная звезда, самый плотный и загадочный объект во Вселенной. Вещество в ее ядре сжато так сильно, что его свойства — загадка для ученых.

В центре туманности Кассиопея А живет именно такая звезда. Ей всего 345 лет, и она — самая молодая из известных нам. За последние двадцать лет астрономы с удивлением обнаружили, что ее поверхность остывает не по плану: температура упала на несколько процентов, что гораздо быстрее всех прогнозов. Обычно такие звезды остывают, испуская нейтрино — невесомые частицы-призраки, которые рождаются в раскаленных недрах и беспрепятственно уносят энергию в космос.

Сперва думали, что всему виной сверхтекучесть — экзотическое состояние вещества в ядре, при котором оно теряет всякую вязкость и начинает усиленно генерировать нейтрино. Но со временем эта теория перестала сходиться с данными наблюдений. Ученые из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе предложили новое решение головоломки.

Их модель показывает, что мощнейшие нейтринные реакции могут запускаться в самом сердце звезды, в ее сверхплотном центральном ядрышке, даже без всякой сверхтекучести. Этот крошечный «мотор» охлаждения раскаляет внешние слои, поэтому эффект от его работы мы видим не сразу. Энергия из центра пробивается к поверхности сотни лет, и именно эта задержка объясняет, почему резкое падение температуры мы наблюдаем только сейчас.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в издании Journal of High Energy Astrophysics.

Наблюдения за звездой на обсерватории «Чандра» продолжаются, — говорит руководитель проекта Дмитрий Яковлев, доктор физико-математических наук. — Мы надеемся, что они помогут нам понять истинную причину быстрого остывания и в конечном счете разгадать свойства той невероятной материи, которую иначе нигде не встретить.

Александр Потехин, ответственный исполнитель проекта, добавляет:

Мы планируем серии новых расчетов, основанных на самых современных моделях. Изучение нейтронных звезд сейчас на подъеме, и теория, и наблюдения идут вперед семимильными шагами.

Основные этапы жизни нейтронной звезды:

• Взрыв массивной звезды как сверхновой.
• Образование сверхплотного остатка — нейтронной звезды.
• Быстрое начальное охлаждение за счет испускания нейтрино.
• Возможное включение мощных механизмов охлаждения в ядре.
• Постепенная передача «холода» из центра к поверхности.

По сути, нейтронные звезды — это гигантские природные лаборатории, позволяющие изучать поведение материи при плотностях и давлениях, недостижимых в земных условиях. Понимание процессов их остывания — это ключ к созданию уравнений состояния сверхплотной материи. Это, в свою очередь, может привести к прорывам в смежных областях, например, в физике высоких энергий или материаловедении, и проверить наши самые глубокие теории, включая Стандартную модель. В конечном счете, мы изучаем не просто звезду, а базовые свойства материи, из которой состоит Вселенная.

Основное критическое замечание заключается в том, что предложенная модель, как и ее предшественницы, остается теоретической конструкцией, которую крайне сложно проверить прямыми наблюдениями. Мы не можем заглянуть внутрь нейтронной звезды и убедиться, что мощные нейтринные реакции идут именно так, как описано. Модель подбирается под имеющиеся данные, и всегда существует риск, что она просто более изощренно, но все же ошибочно их интерпретирует. Окончательную точку в споре могут поставить только дальнейшие, еще более точные наблюдения за остыванием не только этой, но и других молодых нейтронных звезд, что является делом будущего.

Ранее ученые нашли самую яркую нейтронную звезду во Вселенной.