Некоторые пульсары устремляются из остатков сверхновых со скоростью превышающей тысячу километров в секунду. По данным нового исследования, такой разгон может быть вызван необычным явлением — мощным направленным нейтринным циклотронным излучением.
Крупные звёзды завершают существование взрывами. сверхновыхКогда в глубинах звезды термоядерный синтез достигает стадии железа, слияние ядер больше не производит тепловую энергию, необходимую для поддержания давления, противостоящего гравитационному коллапсу.
Ядро размером с Землю и массой, превышающей солнечную, в доли секунды схлопывается во много раз, обращаясь в нейтронную звезду. Коlossalная энергия, выделяющаяся при коллапсе, приводит к взрыву, который рассеивает оболочку звезды — это мы и воспринимаем как вспышку сверхновой.
Сферическая симметрия коллапса нарушается колебаниями звездного ядра, турбулентными потоками и магнитными полями в ядре звезды до вспышки. Из-за асимметрии сил, действующих на коллапсирующее ядро, пульсар может получить толчок. pulsar kickСкорость движения составит от 200 до 500 километров в секунду. Это позволит покинуть центр туманности, образовавшейся после сверхновой.
Ученые предложили различные механизмы этого выброса, но ни один не объясняет существование «сверхскоростных» пульсаров с еще более большими скоростями отдачи — до полутора тысяч километров в секунду. Такая скорость, составляющая около 1/200 скорости света, превосходит галактическую вторую космическую скорость (550 км/с для Млечного Пути) в несколько раз. Вследствие этого вспышка сверхновой может выбросить пульсар из галактики.
Астрофизики под руководством Ли Чжэна из Синьдзянской астрономической обсерватории. изучилиВ ходе изучения процессов, происходящих в глубинах нейтронных звёзд, учёные выявили новый потенциальный способ формирования сверхбыстрых пульсаров.
Этот механизм достаточно устроен сложно, но мы постараемся осветить его с помощью понятных для читателей явлений. Его основа – излучение нейтронами ориентированного циклотронного луча. нейтринного Радиация. Ознакомлённые с физикой удивится: как? циклотронное излучениеВыделяют не только заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле?
Движущаяся перпендикулярно линиям магнитного поля заряжённая частица отклоняется. силой ЛоренцаЭта сила всегда направлена перпендикулярно траектории движения частицы и заставляет её непрерывно поворачивать в сторону, двигаясь по спирали вдоль линий магнитного поля. Как и любой заряд, ускоренный движение, частица при этом излучает электромагнитные волны с частотой, равной периоду обращения вокруг линии поля.
Нейтринное циклотронное излучение — весьма отдаленное звено классической радиоволновой картины. электрослабого взаимодействия, объединяющей электромагнетизм и слабое взаимодействиеНейтроны, вращающиеся по кругу, могут излучать пары нейтрино и антинейтрино – самых легких и почти неуловимых элементарных частиц. Слабое взаимодействие отвечает за многие процессы радиоактивного распада и превращения элементарных частиц, а нейтрино часто принимают в них участие.
Подобно фотонам циклотронного излучения, испускаемые нейтрино забирают угловой момент этого движения. В отличие от фотонов, у нейтрино есть собственный угловой момент — спином В него переходит угловой момент нейтронов. Нейтроны не вылетают по касательной, как фотоны, а движутся вдоль оси вращения. При этом нейтроны, помимо снижения скорости вращения, получают импульс отдачи, заставляющий их двигаться вдоль оси вращения. Круговое движение переходит в спираль, подобную пружине.
При простом вынужденном движении нейтрона по кругу интенсивность процесса будет ничтожно малой. Однако под огромным давлением пульсарных недр нейтроны сжимаются в сверхтекучую жидкость (несмотря на температуру в сотни миллионов градусов). Как единое целое эта жидкость вращается вместе с пульсаром, совершая несколько оборотов в секунду. Вращение же сверхтекучей жидкости – более сложный процесс. Оно представляет собой наложение множества микроскопических движений друг на друга. квантовых вихрейподобные явления, как в сверхтекучем жидком гелии.
Каждый вихрь — это тончайшая нить обычной нейтронной жидкости, окружённая вращающейся сверхтекучей жидкостью. Нейтроны рядом с нитями вращаются гораздо быстрее пульсара в целом. Мощность циклотронного нейтринного излучения пропорциональна угловой скорости вращения в восьмой степени.
Наличие нейтронов в состоянии сверхтекучести увеличивает излучение нейтрино настолько, что отдача его придает всему пульсару заметный импульс. Молодой пульсар замедляет вращение и ускоряет пучок нейтрино подобно ракетному выхлопу. Полученная пульсаром скорость суммируется со скоростью его выброса в момент образования (за счет асимметрии коллапса), и итоговая величина может значительно превышать тысячу километров в секунду. Направление движения должно соответствовать оси вращения пульсара, что подтвердили астрономы для пульсаров остатка в созвездии Парусов и в Крабовидной туманности.
Ученые утверждают, что механизм «нейтринной ракеты» всегда замедляет вращение пульсаров, независимо от активности других механизмов.
Что происходит с моментом импульса, если при визуальном наблюдении пульсар будто замедлял вращение и ускорял поступательное движение без какой-либо связи с внешними объектами?
Не исчезая, он переходит в угловой момент нейтринного выхлопа. Нейтрино движутся по прямой, но каждое несет спин — крошечный угловой момент, свойственный частице квантово-механическим образом. У всех нейтрино выхлопа направление спина одинаковое. Если бы объект смог поглотить этот выхлоп, он раскрутился бы в сторону, противоположную пульсару, на величину, равную потере углового момента самим пульсаром. Но нейтрино проходят сквозь материю почти беспрепятственно, и поэтому угловой момент выхлопа продолжает путешествовать сквозь Вселенную вместе с ним.