Разгаданы тайны нейтронных звезд: квантовое моделирование раскрывает секреты вращения

Ученые сделали прорыв в изучении нейтронных звезд, используя ультрахолодные квантовые газы. Эти звезды, известные своими периодическими вспышками и быстрым вращением, являются одними из самых плотных объектов во вселенной. Их масса сопоставима с массой Солнца, но они сжаты в сферу диаметром всего около 20 километров.

Нейтронные звезды демонстрируют особенность, известную как «сбой» (glitch), когда звезда внезапно ускоряет свое вращение. Это явление предполагает, что нейтронные звезды могут быть частично сверхтекучими. В сверхтекучем состоянии вращение характеризуется множеством мелких вихрей, каждый из которых несет часть углового момента. Сбой происходит, когда эти вихри покидают внутреннюю корку звезды и переходят в ее твердую внешнюю корку, увеличивая скорость вращения звезды.

Ключевым элементом исследования является концепция «сверхтвердого тела» – состояние, демонстрирующее как кристаллические, так и сверхтекучие свойства. Оно считается необходимым элементом для сбоев нейтронных звезд.

Квантованные вихри остаются внутри сверхтвердого тела, пока коллективно не вырываются и не поглощаются внешней коркой звезды, ускоряя ее вращение. Недавно сверхтвердая фаза была реализована в экспериментах с ультрахолодными диполярными атомами, что предоставило уникальную возможность для моделирования условий внутри нейтронной звезды.

Исследователи из Университета Инсбрука и Австрийской академии наук, а также Лаборатории Национального Гран Сассо и Научного института Гран Сассо в Италии показали, что сбои могут происходить в ультрахолодных сверхтвердых телах, которые служат универсальными аналогами внутренней части нейтронных звезд.

Этот новаторский подход позволяет детально изучить механизм сбоя, включая его зависимость от качества сверхтвердого тела. "Наши исследования устанавливают прочную связь между квантовой механикой и астрофизикой и предоставляют новый взгляд на внутреннюю природу нейтронных звезд", - говорит ведущий автор исследования Елена Поли. Сбои предоставляют ценные сведения о внутренней структуре и динамике нейтронных звезд. Изучая эти события, ученые могут узнать больше о свойствах материи в экстремальных условиях.

"Это исследование показывает новый подход к пониманию поведения нейтронных звезд и открывает новые пути для квантового моделирования звездных объектов из лабораторий на Земле с низкой энергией", подчеркивает Франческа Ферлайно.