Ученые совершили крупный прорыв в понимании разрушения нейтронных звезд посредством экспериментов с ультрахолодными сверхтвердыми телами. Это исследование связывает квантовую механику и астрофизику, раскрывая новые детали внутренней динамики нейтронных звезд и открывая новые способы моделирования звездных явлений.

Нейтронные звезды очаровывают и сбивают с толку ученых с тех пор, как их подпись была впервые обнаружена в 1967 году. Нейтронные звезды, известные своими периодическими вспышками и быстрым вращением, являются одними из самых плотных объектов во Вселенной. Они такие же массивные, как Солнце, но сжаты в сферу диаметром всего около 20 километров. Эти звездные объекты демонстрируют своеобразное поведение, известное как «катастрофа», при котором звезда внезапно ускоряет свое вращение.

Это явление позволяет предположить, что нейтронные звезды могут быть частично сверхтекучими. В сверхтекучей жидкости вращение характеризуется бесчисленными крошечными вихрями, каждый из которых несет в себе часть углового момента. Неисправность возникает, когда эти вихри выходят из внутренней оболочки звезды в ее твердую внешнюю оболочку, увеличивая скорость вращения звезды.

Ультрахолодные квантовые газы, состоящие из диполярных атомов, являются идеальной платформой для моделирования внутренних механизмов нейтронных звезд. Источник: ЕленаПоли

Ключевой элемент исследования заключается в концепции «сверхтвердого тела» — состояния, которое проявляет как кристаллические, так и сверхтекучие свойства — которое, по прогнозам, будет важным компонентом разрушения нейтронных звезд. Квантовые вихри «гнездятся» в сверхтвердом теле до тех пор, пока они все вместе не ускользнут и, таким образом, не будут поглощены внешней оболочкой звезды, ускоряя вращение звезды. Недавно в экспериментах с ультрахолодными дипольными атомами были реализованы сверхтвердые фазы, что дало уникальную возможность моделировать условия внутри нейтронных звезд.

Недавние исследования исследователей Инсбрукского университета и Австрийской академии наук, а также Национальной лаборатории Гран-Сассо и Научного института Гран-Сассо в Италии показали, что разломы могут возникать в ультрахолодных сверхтвердых телах, которые могут служить универсальными аналогами недр нейтронных звезд. Этот новаторский подход позволяет детально изучить механизм сцинтилляции, включая его зависимость от массы сверхтвердого тела.

Первый автор Елена Поли сказала: «Наше исследование устанавливает прочную связь между квантовой механикой и астрофизикой, открывая новый взгляд на внутреннюю природу нейтронных звезд. Мутации дают ценную информацию о внутренней структуре и динамике нейтронных звезд. Изучая эти события, ученые могут узнать больше о свойствах материи в экстремальных условиях».

Франческа Ферлайно подчеркивает: «Это исследование демонстрирует новый подход к пониманию поведения нейтронных звезд и открывает новые возможности для квантового моделирования звездных объектов в низкоэнергетических земных лабораториях».

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters и финансировалось, среди прочего, Австрийским научным фондом FWF и Европейским исследовательским советом ERC.

Источник составления: ScitechDaily.