Физики ФТИ РАН раскрыли секрет ускоренного остывания юной нейтронной звезды

© NASA / JPL-Caltech

Сверхновая Cas A в созвездии Кассиопеи помогла ученым раскрыть судьбу планет Солнечной системы после смерти Солнца.

Ученые из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе (ФТИ, Санкт-Петербург) представили новую модель, объясняющую процесс остывания самой молодой нейтронной звезды в нашей галактике. Это достижение значительно приближает научное сообщество к разрешению ключевых проблем в области физики и астрофизики, касающихся определения свойств сверхплотного вещества.

За два десятилетия наблюдений за этой звездой, расположенной в туманности Кассиопея А и имеющей возраст около 345 лет, было зафиксировано снижение температуры её поверхности на несколько процентов. Это оказалось гораздо более быстрым охлаждением, чем предсказывалось ранее существующими стандартными теориями. Новая модель объясняет ускоренное остывание интенсивными нейтринными реакциями, происходящими вблизи центра звезды, даже если сверхтекучесть там отсутствует. Эти реакции эффективно охлаждают центральную область, и их эффект проявляется на поверхности звезды, но с задержкой в несколько сотен лет.

Исследователи из ФТИ РАН разработали эту новую модель для объяснения столь необычно быстрого остывания. Ранее, до обнаружения ускоренного охлаждения в Кассиопее А, ученые из той же группы, а также их коллеги из Мексики и США, уже выдвигали гипотезу о том, что быстрое охлаждение может быть связано с возникновением сверхтекучести сверхплотного вещества в ядре звезды при снижении температуры. Соответствующая теоретическая база была разработана ими независимо.

«Новый сценарий остывания является альтернативой предыдущим предположениям. Он может быть реализован как при наличии, так и в отсутствие сверхтекучести. Российские ученые провели детальные расчеты остывания для различных моделей нейтронных звезд и определили условия, при которых их теория максимально точно описывает наблюдаемые данные. Согласно расчетам, быстрое остывание регулируется не сверхтекучестью, а мощным отводом тепла из небольшого внутреннего ядра звезды, где благодаря высокой плотности вещества происходят особенно интенсивные процессы нейтринного охлаждения.»

Руководитель данного проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, главный научный сотрудник ФТИ и член-корреспондент РАН Дмитрий Яковлев, подчеркнул важность продолжения наблюдений за охлаждающейся нейтронной звездой в туманности Кассиопея А. Эти наблюдения критически важны для более точного определения свойств сверхплотного вещества и внутреннего строения нейтронных звезд.

«Мы можем надеяться, что дальнейшее исследование этой звезды позволит надежно установить истинный механизм ускоренного остывания. Это станет значительным шагом к решению фундаментальной задачи физики и астрофизики – полному пониманию свойств сверхплотной материи и внутренней архитектуры нейтронных звезд», — отметил Дмитрий Яковлев.