Астрономы впервые зарегистрировали "сбой в работе" нейтронной звезды - «Наука и технологии»

Нейтронные звезды являются самыми плотными материальными объектами во Вселенной. Некоторые люди могут возразить, что в черных дырах помещается еще большее количество материи в меньшем объеме пространства, однако еще никому неизвестно продолжает ли материя, прошедшая сквозь горизонт событий черной дыры, оставаться обычной материей? Нейтронные звезды появляются в результате взрывов массивных звезд, масса которых во много раз превышает массу Солнца, и ядро такой звезды сжимается в сферу, диаметром всего в несколько десятков километров.

При такой огромной плотности с материей происходят весьма странные вещи. Модели, построенные на основе существующих теорий, говорят о наличии у нейтронной звезды верхнего слоя из супержидкости, состоящей из субатомных частиц. К сожалению, в настоящее время у ученых отсутствуют возможности подтверждения или опровержения подобных предположений. Для того, чтобы найти ответы на некоторые из вопросов, астрономы сделали следующее - они навели радиотелескоп на одну из нейтронных звезд и непрерывно наблюдали за ней в течение трех лет. И некоторые обнаруженные особенности "работы" нейтронных звезд бросают вызов существующим конкурирующим моделям того, что происходит на и под поверхностью нейтронной звезды.

Основным материалом, из которого состоит нейтронная звезда, являются нейтроны, но в ее объеме в некотором количестве присутствуют протоны и другие частицы. Все эти частицы, находясь под огромным давлением, формирует сверхтекучую жидкость, жидкость, имеющую нулевое значение коэффициента ее вязкости. Потоки этой жидкости, циркулирующие в нейтронной звезде, создают сильнейшие магнитные поля, которые могут разгонять частицы, находящиеся в прилегающей области пространства, и заставляют их испускать фотоны света.

Как правило, нейтронные звезды вращаются с достаточно высокой скоростью и потоки излучения, бьющие в пространство от их полярных областей, периодически направляются в строну Земли, что выглядит для нас своего рода пульсирующим сигналом. Из-за большой массы и высокой скорости вращения сигналы от пульсаров обладают очень высокой стабильностью, и в свое время ученые уже использовали эти сигналы для высокоточной проверки некоторых аспектов Общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Но стабильность сигналов пульсаров все же имеет свои пределы. Те же самые магнитные поля, которые обеспечивают "работу" пульсара, производят и силы, которые постепенно замедляют вращение пульсара. И, согласно предположениям ученых, в некоторых особых случаях эти силы могут стать причиной "сбоя в работе" пульсара, завихрения и водовороты сверхтекучей жидкости внутри нейтронной звезды могут стать причиной резкого и кратковременного ускорения или замедления скорости вращения пульсара.

Как уже упоминалось выше, астрономы вели наблюдение за пульсаром Vela в течение трех лет, используя радиотелескопы обсерватории Mount Pleasant в Тасмании и Ceduna Observatory в Австралии. И за все три года непрерывных наблюдений ученым удалось зарегистрировать лишь один случай "сбоя". При этом, им удалось зафиксировать это событие с достаточно высокой точностью, записав ряд данных, включая и поляризацию света, в моменты времени, предшествовавшие и последовавшие сразу за сбоем.

Сбой работы пульсара продолжался лишь доли секунды, ему предшествовал один очень слабый и короткий импульс. Через девяносто миллисекунд, когда пульсар должен был выдать следующий импульс, антенны радиотелескопов зафиксировали только тишину. Последующие импульсы также были слабыми и имели слабые признаки поляризации, сильно проявившейся в свете импульса, предшествовавшего сбою.

Получив в свое распоряжение данные, характеризующие процесс сбоя работы пульсара, астрономы провели поиск подобных случаев во всех имеющихся на сегодняшний день наборах данных, включая и собранные ими данные. К сожалению, больше подобных случаев обнаружено не было, что делает нынешний случай первым зафиксированным и изученным подобным случаем в истории современной науки.

Имеющиеся данные уже позволили ученым выдвинуть предположения по поводу природы и причин сбоя пульсара. Было замечено, что характер излучения этого пульсара менялся в течение нескольких секунд перед моментом самого сбоя. Исследователи считают, что причиной этого является "вихрь" сверхтекучей жидкости внутри нейтронной звезды, который в один момент времени оторвался от ее верхнего слоя. В момент отрыва этого вихря возникли столь сильнейшие магнитные поля, что они кардинально изменили картину силовых линий магнитного поля звезды в целом, и что, в свою очередь, изменило направление потоков (джетов) пульсара.

Далее ученые произвели расчеты некоторых обновленных моделей, и результаты этих расчетов совпали с результатами практических наблюдений. Используя такой способ, теперь стало возможным предсказывать появление сбоя в работе пульсара за 4.4 секунды до его появления. И это является первым реальным шансом для проверки ряда существующих теорий. К сожалению, сделать это будет совсем непросто, ведь сбои в работе пульсаров крайне редки и для сбора нужного объема информации потребуется достаточно долгое время.