Структура коры нейтронных звёзд может быть близка металлическим сплавам

...В этом случае её свойства заметно отличаются от того, что ранее предполагали астрофизики, и это способно объяснить ряд аномалий в поведении объектов такого рода.

Дмитрий Кобяков из Университета Умео (Швеция) и Крис Петик (Chris Pethick), представляющий Институт Нильса Бора (Дания), утверждают, что наше представление о строении нейтронных звёзд сильно расходится с реальностью, и именно этим объясняются наблюдаемые астрономами «странности» в их поведении.

Нейтронные звёзды при радиусе в 11–12 км имеют кору, предположительно, в 1–2 км толщиной. Кора ведёт себя совсем не так, как звезда в целом, вплоть до возможного вращения в направлении, противоположном перемещениям ядра. Считается, что кора состоит из протонов и нейтронов, образующих чрезвычайно богатые нейтронами ядра атомов, в то время как электроны формируют остаточный фоновый заряд. В то же время вне ядра остаётся некоторое количество нейтронов, кои, как до сих считалось, имеют весьма малое влияние на поведение коры в целом, а ядра атомов самоупорядочиваются в структуры, соответствующие объёмно-центрированной решётке Браве — той, которую предпочитают многие металлические сплавы.

Кора нейтронных звёзд оказалась сложнее, чем представлялось. (Иллюстрация NASA / Dana Berry.)

Согласно исследователям, такая кора нейтронной звезды, которая по плотности превышает определённый рубеж, больше не может удерживать нейтроны в составе ядер, и те начинают «вытекать». Чтобы это случилось, плотность коры должна достичь очень высоких значений — порядка одной тысячной от плотности атомного ядра. И тогда утечка нейтронов и образование значительных количеств свободных нейтронов приведёт к тому, что кристаллы в коре более не смогут пребывать в объёмно-центрированной решётке Бравэ. Вместо этого будет образовываться кубическая решётка, где на структурную единицу приходятся два атома.

Таким образом, кора станет аналогом двухкомпонентного сплава, в котором нейтроны и ядра будут играть роль двух разных видов атомов. Сходная эволюция, подчёркивают ученые, происходит со структурой железа, когда из него делают нержавеющую сталь.

Эта аналогия очень важна для коры нейтронных звёзд. В таком состоянии она должна иметь очень большой набор возможных структурных фаз, а это значит, что свойства коры, включая, скажем, механические, сильно отличаются от тех, что ожидались от них ранее. Между тем именно кора определяет целый ряд черт нейтронной звезды: некоторые особенности энергичных гамма-всплесков нередко связывают с частичным разрушением коры под высокими механическими нагрузками.

Более того, важны не только механические свойства: кора играет главную роль в переносе энергии от внутренностей звезды в космос, обеспечивая охлаждение нейтронной звезды и постепенное изменение характеристик всех объектов такого рода. Быть может, новое открытие позволит наконец-то внести ясность и в природу глитчей — странных событий, при которых скорость вращения нейтронной звезды внезапно резко возрастает, хотя, по идее, должна только медленно уменьшаться.

Опять-таки некоторые астрофизики полагают, что глитчи могут быть связаны с разломами коры нейтронных звёзд.

Наконец, механические свойства коры напрямую связаны с возможностью образования «возвышенностей» (скорее всего, низких в силу кошмарной гравитации) на поверхностности нейтронной звезды — гипотетических (пока) образований, существование которых может привести к генерации нейтронной звездой гравитационных волн, в том числе таких, которые удастся обнаружить вводимыми в строй детекторами гравитационных волн.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.