Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Так что же вызвало глитч? Обе команды предположили, что внезапно уменьшился момент инерции пульсара. Значение этой характеристики, равной среднему значению массы, умноженному на квадрат радиуса, показывает, как распределена масса внутри тела. В случае с пульсаром Вела, очевидно, изменился радиус пульсара – но как это могло случиться?³ Этот сбой стал загадкой, а человек, сумевший пролить на нее некоторый свет, даже не знал об открытии пульсара Джоселин Белл. Фактически это событие полностью прошло мимо него. Этим человеком был Гордон Бейм из Университета Иллинойса, который в 1968 году работал приглашенным профессором в Токийском университете. Чтобы как-то скоротать время в ежедневных поездках на метро через весь город из дома в офис и обратно, он по дороге читал книгу советского астрофизика Иосифа Шкловского “Вселенная, жизнь, разум”. Бейм занимался физикой конденсированных сред, но книга Шкловского пробудила в нем интерес к астрофизике. Когда через несколько месяцев Бейм вернулся в Иллинойс и узнал о пульсарах, он вместе со своими коллегами Дэвидом Пайнсом, Крисом Петиком и Джо Равенхоллом погрузился в изучение нейтронных звезд.

Они были теоретиками и поэтому хотели досконально разобраться в этих новых объектах и выяснить, из чего те могут состоять. Интересовались они ими не в последнюю очередь потому, что изучали поведение частиц и таких явлений, как сверхтекучесть и плотная форма материи, а эти недавно открытые нейтронные звезды оказались настолько плотными, насколько это вообще возможно. Вскоре Бейм наткнется на статью Радхакришнана и Манчестера, описывающую глитч пульсара Вела.

До сенсационного открытия Джоселин Белл нейтронные звезды изучали всего несколько человек. Возможно, кто-то вспомнит, что в 1939 году Оппенгеймер и Волков вычислили верхний предел массы нейтронных звезд – 0,7 солнечной массы. Как показали наблюдения, проведенные десятилетия спустя, он оказался слишком заниженным, и в статье 1959 года физик-теоретик Аластер Кэмерон увеличил значение предельной массы до двух масс Солнца. Этими работами почти все и исчерпывалось – в то время немногие исследователи интересовались объектами, которые, казалось, никогда не будут обнаружены⁴.

Советский физик Аркадий Мигдал рассуждал не так. Он специализировался на изучении плотной материи, особенно ядер атомов, и был первым, кто предположил, что атомное ядро – это крошечный аналог нейтронной звезды. Оба объекта невероятно плотны, то есть вещество в них сжато в очень маленьком пространстве, более того, считается, что плотность нейтронной звезды более чем вдвое превосходит плотность ядра. Но, в то время как в атоме вся масса сосредоточена в центре, а электроны образуют облако вокруг него, в нейтронной звезде, как предполагается, атомы коллапсировали, что, по предположению Мигдала, сделанному им еще в 1959 году, должно привести к странному состоянию, известному как сверхтекучесть.

Сверхтекучесть – это, пожалуй, самое удивительное состояние, в котором могут пребывать очень маленькие объекты, описываемые квантовой механикой. Обычно, если нет других сил, течение любой жидкости неизбежно замедляется – и она останавливается из-за трения. Например, когда вы проливаете воду на кухонный стол, она останавливается уже через считаное число секунд. Но сверхтекучая жидкость будет течь вечно. Как это происходит? В обычных условиях протоны и нейтроны (вместе их еще называют нуклонами) – большие индивидуалисты и стремятся по возможности избегать друг друга. Однако при достаточно низких температурах они образуют пары. Они начинают вести себя слаженно, маршируют в унисон, как солдаты, и находятся в одном и том же квантовом состоянии. Такое происходит только с некоторыми атомами и только тогда, когда они охлаждены почти до абсолютного нуля. Коллективное квантовое поведение позволяет сверхтекучей жидкости течь без трения и даже взбираться вверх по стенам⁵.