В настоящее время считается, что компактная звезда достаточно большой массы обречена, в конечном счете, на превращение в чёрную дыру. Аргументом является то, что астрономы не видят стабильных нейтронных звёзд с массой больше 2 масс Солнца. Однако, как установил ведущий научный сотрудник ФИАН доктор физико-математических наук Илья Ройзен, это утверждение далеко не бесспорно. Дело в том, что на определённом этапе эволюции более массивной звезды возможен переход ядерного вещества в субадронную фазу, приводящий к её разогреву и препятствующий дальнейшему гравитационному сжатию.
"Опасность", подстерегающая компактные нейтронные звезды большой массы, хорошо известна - это их схлопывание в черную дыру. Пусковым механизмом такого процесса является предварительный взрыв сверхновой, который происходит после выгорания ядерного топлива, противостоящего силам гравитационного притяжения. Дальше, согласно общей теории относительности, "холодная" звезда с массой, большей некоторого критического значения, становится неустойчивой и неизбежно подвергнется неограниченному сжатию - гравитационному коллапсу. Слово "холодная" здесь ключевое - оно означает, что температура нейтронной звезды недостаточно высока для рождения пар ядерных частиц и античастиц, хотя она и в тысячи раз превышает температуру в центре Солнца.
Ведущий научный сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) доктор физико-математических наук Илья Ройзен обратил внимание на то, что при гравитационном сжатии звезды возможно проявление ещё одной неустойчивости, которая "конкурирует" с гравитационным коллапсом. "Эти неустойчивости являются взаимоисключающими - если развилась одна, то условия для реализации второй возникнуть уже не смогут и наоборот. Неустойчивость, о которой я говорю, обусловлена структурой квантовохромодинамического вакуума - основного состояния системы, в которой нет реальных частиц", - рассказывает Ройзен.
Суть заключается в том, что в вакууме присутствуют так называемые глюонный и кварк-антикварковый конденсаты с отрицательной, но очень большой по абсолютной величине плотностью энергии и таким же большим положительным давлением (для вакуума сумма двух этих величин всегда равна нулю). Но когда гравитационное сжатие сближает нейтроны настолько, что они начинают соприкасаться друг с другом, ядерное вещество переходит в другую фазу - субадронную. А именно - нейтроны утрачивают свою индивидуальность и кварки перестают удерживаться внутри них; но, что самое главное, трансформируется сам вакуум - он становится, действительно, "пустым", то есть с равными нулю давлением и плотностью энергии. В результате вещество начинает коллапсировать - стремительно падать на центр звезды, не встречая почти никакого сопротивления, что приводит к сильному разогреву. Остановится этот процесс только тогда, когда произойдет массовое рождение кварк-антикварковых пар и глюонов, которые обеспечат достаточное давление в центральной области даже при отсутствии там давления самого вакуума.
"Согласно проведенным зарубежными учёными численным расчётам, - поясняет профессор Ройзен, - для этого необходимо, чтобы температура в центре поднялась как минимум на порядок. Остыть же за время продолжительности коллапса звезда не успевает, так как при соответствующих плотностях ядерного вещества в нём надолго "вязнут" даже самые проникающие частицы - нейтрино, которые в другом случае могли бы помочь звезде быстро избавиться от "опасного" перепада температур и восстановить тепловое равновесие".
Как выяснил Илья Ройзен, при массах нейтронных звёзд, лишь незначительно превышающих критическую, возможно относительно медленное распространение тепловой волны от очень горячего центра звезды к ее "холодной" периферии, что приведет к выбросу вещества и излучения. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока нейтронная звезда не сбросит свою массу до критической или несколько меньше, после чего давление в её центре уменьшится, фазовый переход прекратится, и начнется "мирное" охлаждение. Если же масса звезды окажется существенно больше критической, то дальнейшее сжатие звезды в целом и разбухание объёма, занятого горячей субадронной фазой, будут происходить одновременно. В этом случае возможна даже полная самоликвидация звезды.
"Описание происходящих при этом процессов не только очень сложно само по себе, но и зависит от уравнения состояния сверхплотной ядерной среды, о котором мы имеем лишь весьма приблизительное представление. Но можно с уверенностью говорить, что даже при минимальной массе, которая в режиме холодного (!) сжатия могла бы предопределить схлопывание звезды в черную дыру, неизбежно опережающее развитие фазовой неустойчивости, которая приводит к сильнейшему разогреву звездной среды и, стало быть, разрушению этого "благостного" режима. Поэтому критическая конфигурация - то есть достаточно большое для образования чёрной дыры отношение массы звезды или её части к соответствующему радиусу - оказывается, по всей вероятности, недостижимой", - отмечает ученый.
Источник: CyberSecurity
|
