Розгадані таємниці нейтронних зірок: квантове моделювання розкриває секрети обертання

Вчені зробили прорив у вивченні нейтронних зірок, використовуючи ультрахолодні квантові гази. Ці зірки, відомі своїми періодичними спалахами та швидким обертанням, є одними із найщільніших об'єктів у всесвіті. Їхня маса порівнянна з масою Сонця, але вони стиснуті у сферу діаметром всього близько 20 кілометрів.

Нейтронні зірки демонструють особливість, відому як збій (glitch), коли зірка раптово прискорює своє обертання. Це припускає, що нейтронні зірки можуть бути частково надплинними. У надплинному стані обертання характеризується безліччю дрібних вихорів, кожен з яких несе частину кутового моменту. Збій відбувається, коли ці вихори залишають внутрішню кірку зірки та переходять у її тверду зовнішню кірку, збільшуючи швидкість обертання зірки.

Ключовим елементом дослідження є концепція «надтвердого тіла» - стан, що демонструє як кристалічні, так і надплинні властивості. Воно вважається необхідним елементом для збоїв нейтронних зірок.

Квантовані вихори залишаються всередині надтвердого тіла, поки колективно не вириваються і не поглинаються зовнішньою кіркою зірки, прискорюючи її обертання. Нещодавно надтверда фаза була реалізована в експериментах з ультрахолодними диполярними атомами, що дало унікальну можливість моделювати умови всередині нейтронної зірки.

Дослідники з Університету Інсбрука та Австрійської академії наук, а також Лабораторії Національного Гран Сассо та Наукового інституту Гран Сассо в Італії показали, що збої можуть відбуватися в ультрахолодних надтвердих тілах, які є універсальними аналогами внутрішньої частини нейтронних зірок.

Цей новаторський підхід дозволяє детально вивчити механізм збою, включаючи його залежність від якості надтвердого тіла. "Наші дослідження встановлюють міцний зв'язок між квантовою механікою та астрофізикою та надають новий погляд на внутрішню природу нейтронних зірок", - каже провідний автор дослідження Олена Полі. Збої надають цінні відомості про внутрішню структуру та динаміку нейтронних зірок. Вивчаючи ці події, вчені можуть дізнатися більше про властивості матерії в екстремальних умовах.

"Це дослідження показує новий підхід до розуміння поведінки нейтронних зірок і відкриває нові шляхи для квантового моделювання зіркових об'єктів із лабораторій на Землі з низькою енергією", наголошує Франческа Ферлайно.