Въртящ се свръхфлуид обяснява нарушенията в радиовълните на мъртви звезди

Ваня Милева Последна промяна на 06 юни 2024 в 00:00 1240 0

Концепция на художник за пулсара  PSR B0531+21 в мъглявината Рак

Кредит Wikimedia Commons

Досега астрофизиците са наблюдавали проблеми само в няколко пулсара, включително PSR B0531+21 в мъглявината Рак, на 6.5 хиляди светлинни години от Земята.

Пулсарите са мъртви звезди, които се въртят невероятно бързо и снопът лъчи от полюсите им, често пулсира на точни интервали милисекунди. Именно този невероятно точен ритъм ги прави много полезни. Астрономите ги използват, за да изчислят разстоянията, да разберат междузвездната среда, да изследваи изкривяването на пространство-времето около черните дупки. Те са GPS-ът за навигация по звездите.

Но понякога пулсарите започват да се държат странно - тяхната честота на въртене внезапно се увеличава, а след това постепенно намалява и се възстановява почти до първоначалните си стойности.

Сега международен екип астрофизици може би са по-близо до разгадаването на това явление, което наричат "глитч". Откритието разкрива вътрешната структура на тези свръхплътни мъртви звезди и какво предизвиква "хълцането" на техните радиоемисии.

Проблемите от пулсарните емисии се раждат дълбоко в мъртвите звезди

Преди около 60 години изследователите забелязват, че радиоизлъчванията от пулсарите могат внезапно и неочаквано да променят честотата си, което показва, че въртенето на пулсара се е забавило.

Пулсарите са като вложени една в друга обвивки на екзотични квантови състояния на материята – те съдържат слой от свръхпроводящи протони и друг, направен от свръхфлуид от неутрони – разположени в кора от електрони и йони. В продължение на десетилетия физиците са предполагали, че проблемите се случват, когато групи от малки вихри в неутронния суперфлуид се преместят в друг слой. Този трансфер може би предизвиква ускорение на въртенето.

Напречно сечение на неутронна звезда. Плътностите са по отношение на ρ0 плътността на ядрената материя на насищане, където нуклоните започват да се докосват. Кредит: Wikimedia Commons

Но симулирането на този процес е като симулиране на времето на цяла планета, започвайки с милиметрови смущения във въздуха, разказва Марк Браше (Marc Brachet) от École Normale Supérieure в Париж. Ето защо физиците често пренебрегват някои променливи и Браше и неговият екип решават да избегнат това.

Те откриват, че възпроизвеждането на реалистични глитчове изисква отчитане на взаимодействията между вихрите в неутронния суперфлуид и т.нар. магнитни тръби" — успоредни линии на силното магнитно поле (flux tubes), които са разположени в слоя свръхпроводящи протони. Тези "тръби" представляват област на пространството във формата на цилиндър, съдържаща магнитно поле, което забавя вихрите, пораждащи глитчовете.

Въртящият се слой от свръхпроводящи протони генерира равномерно магнитно поле, което променя разпределението на полето вътре в "тръбите". Резултатът е привличане между микроскопичните вихри в неутронния суперфлуид и магнитните "тръби". Със силно външно магнитно поле "тръбите" се прикрепят към кората, докато микроскопичните вихри напускат неутронната свръхфлуидна течност, което води до промяна в ъгловия импулс на кората - нейното рязко въртене, тоест до увеличаване на честотата на въртене на пулсара.

Въпреки че техните компютърни симулации включват само няколко дузини вихри, резултатите се съгласуват с наблюденията на истинските пулсари, което означава, че екипът е идентифицирал точните съставки, които са нужни.

Броят на движещите се вихри в пулсар обикновено е около 10 трилиона и те го правят на групи, които след това карат други вихри да се движат, образувайки каскада. Компютърни симулации като тази са полезни, но те все още не отчитат всеки детайл от движението на всеки вихър, отбелязва за New Scientist Джеймс Саулс (James Sauls) от Луизианския държавен университет.

Изследователите се надяват да направят по-големи симулации и да изследват други загадъчни явления, като неочаквани промени в магнитните свойства на пулсарите, съобщава членът на екипа Санджай Шукла (Sanjay Shukla) от Индийския научен институт.

Справка: Neutron-superfluid vortices and proton-superconductor flux tubes: Development of a minimal model for pulsar glitches; Sanjay Shukla, Marc E. Brachet, Rahul Pandit; https://arxiv.org/abs/2405.12127

Източник: Glitching radio waves from dead stars explained by swirling superfluid, New Scientist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !