На пороге открытия экзотической физики: в космосе обнаружены объекты, нарушающие правила

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, обнаружили, что 3 нейтронные звезды охладились на удивление очень быстро. Это открытие приближает астрофизиков к пониманию экзотической природы материи в ядрах этих экстремальных объектов. Для того, чтобы сделать открытие ученые использовали рентгеновские космические телескопы, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Нейтронные звезды — что это?

Нейтронная звезда представляет собой сжатое под влиянием гравитации ядро массивной звезды, которая взорвалась сверхновой. Такой объект уступает по плотности материи только черным дырам. Размер нейтронной звезды в среднем составляет всего 11 км, но она имеет массу, которая в 3 раза больше, чем у Солнца. Но физика, которая управляет экстремальной материей в недрах нейтронных звезд, остается неясной.

Считается, что эти объекты состоят почти полностью только из нейтронов. Но в ядре нейтронной звезды материя может сжаться так сильно, что это приведет к образованию экзотических неизвестных частиц, таких как гипотетические гипероны. А может быть нейтроны распадаются таким образом, что создают смесь из самых фундаментальных частиц Вселенной, то есть кварков.

Уравнение состояния нейтронной звезды

То, что происходит внутри нейтронной звезды, определяется ее уравнением состояния. Оно определяет внутреннюю структуру и состав нейтронной звезды на основе таких факторов, как масса, температура, магнитное поле и так далее. Проблема в том, что у ученых есть буквально сотни вариантов того, каким может быть это уравнение состояния. Поскольку нельзя создать на Земле условия внутренней части нейтронной звезды, проверка того, какой вариант является правильным, зависит от сопоставления этих вариантов с тем, что показывают астрономические наблюдения.

Из трех обнаруженных нейтронных звезд, две являются пульсарами (нейтронная звезда с быстрым вращением), которые выпускают радиоизлучение. Третья звезда может быть пульсаром.

Слишком холодные звезды, нарушающие правила

Чем горячее нейтронная звезда, тем более высокую энергию несет ее рентгеновское излучение. Но энергия излучения трех нейтронных звезд показывает, что они слишком холодные как для себе подобных. Для понимания того, что такое холодная нейтронная звезда, нужно знать, что их температура все равно очень высокая. По оценкам ученых, она находится в пределах от 1,9 до 4,6 млн градусов Цельсия. Но несмотря на свой возраст, который составляет от 840 до 7700 лет, эти звезды очень холодные.

Нейтронные звезды при рождении имеют температуру в сотни миллиардов и даже триллионы градусов Цельсия, а затем они охлаждаются. Хотя обнаруженные звезды и охладились, все равно их температура минимум в 2 раза ниже, чем у нейтронных звезд аналогичного возраста.

Снижение температуры нейтронных звезд может происходить двумя способами: с помощью теплового излучения и нейтринного излучения. Авторы считают, что последнее является причиной слишком быстрого охлаждения троицы нейтронных звезд.

Но то, насколько быстро нейтронные звезды могут охлаждаться в результате этих механизмов, зависит от уравнения состояния. Поскольку усиленное охлаждение может быть активировано только определенными уравнениями состояния, это позволило исключить большинство вариантов уравнения состояния нейтронной звезды.

На пути к экзотической физике

Результаты исследования сузили диапазон возможных уравнений состояния, но они касаются большего, чем просто характеристики нейтронных звезд. Поведение материи в субатомных масштабах под сильным давлением, экстремальной температурой и сокрушающей гравитацией также приводит к квантовым эффектам. В настоящее время у ученых нет квантовой теории гравитации, и поэтому уравнение состояния нейтронных звезд может привести к объединение квантовых эффектов и физики гравитации в единую теорию.

Как уже писал Фокус, астрономы обнаружили три планеты, похожие на Землю, возле близкой звезды. Одна из планет находится в зоне обитаемости звезды, где вода может существовать в жидком виде.

Также Фокус писал о том, что согласно еще одному исследованию, такие неуловимые частицы, как нейтрино могут провоцировать появление самых тяжелых химических элементов.