10.6. Нейтронные звезды

Возникновение в квантовой жидкости сверхтекучих вихрей обнаружено не только в микросистемах, но и в космических макрообъектах - нейтронных звездах, существование которых было предсказано Ландау.

Нейтронные звезды - один из этапов на заключительной стадии эволюции некоторого класса звезд. Они возникают в результате гравитационного коллапса железного ядра сверхновой звезды, которая после сброса оболочки обнаруживает себя как пульсар. Гравитационное поле на поверхности нейтронной звезды на 11 порядков превышает земное.

Огромные давления и температуры (до 700 млн. К в центре нейтронной звезды) создают особые условия для перехода звездного вещества в квантовое состояние - нейтронную жидкость (97% нейтронов).

Нейтронная звезда имеет сверхсильное магнитное поле 10¹² Гс, которое в 10⁹ раз сильнее земного (магнитное поле Земли 0,5 Гс), что и является причиной жесткого электромагнитного излучения пульсаров.

Если полюса такого большого магнита направлены под углом к оси вращения, то вращающееся магнитное поле ускоряет электроны возле полюсов, которые испускают мощное электромагнитное излучение.

При достижении им Земли наблюдаются периодические вспышки этого излучения из-за большой скорости вращения нейтронной звезды.

Нейтронные звезды характеризуются малыми размерами (радиус 10 км), массой до двух солнечных, температурой 10¹² К и высокой плотностью вещества до 10¹⁴(плотности атомных ядер). Звезду окружает «атмосфера» всего в несколько сантиметров.

Нижняя граница «атмосферы» является переходным слоем (корой) между классическим и квантовым состояниями вещества нейтронной звезды. Ядерные взаимодействия стремятся выстроить нейтроны в поверхностном слое (толщина 1,5 км) в квантовый кристалл (рис. 10.4).

Под действием мощных гравитационных сил с глубиной этот кристалл плавится и под корой возникает нейтронная квантовая жидкость.

В центре должно существовать ядро, пока неизвестной природы.

При сжатии нормальной звезды гравитационными силами после выработки ядерного горючего должен сохраниться момент импульса (закон сохранения момента импульса).

Поэтому при уменьшении звезды в размерах она увеличивает угловую скорость своего вращения.

Рис. 10.4

Наблюдения за нейтронными звездами обнаруживают замедление их вращения (скачком) с периодом в  2 года.

По одной из гипотез это явление связывают с тем, что после закрепления сверхтекучих вихрей в структуре звезды (пеннинга), из-за квантовых эффектов, они периодически лавинообразно срываются со своих мест (крип) и вызывают скачком замедление вращения нейтронной звезды.

Из-за потерь на излучение происходит замедление вращения нейтронных звезд.

Изменение угловой скорости вращения связано с изменением равновесной формы пульсаров. Твердая кора нейтронных звезд не может плавно изменить свою форму, в ней накапливаются напряжения, которые со временем приводят к “звездотрясениям”, в результате происходит резкое увеличение периода вращения пульсара.

Наблюдения показали, что скачкообразное изменение периода вращения у ряда пульсаров действительно имеются. Период вращения от 1,6 с до 6 с.