Физика сверхтекучести помогла уточнить массы пульсаров

Астрономы из Университета Саутгемптона (Великобритания) и Папского Католического Университета (Чили) разработали новый метод определения масс пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд. Новый подход основан на сбоях в периодичности молодых пульсаров, которые, как показали физики, можно объяснить с точки зрения теории сверхтекучести. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, кратко его результаты приводит пресс-релиз университета Саутгемптона.

Авторы работы показали, что частота и интенсивность сбоев в работе молодых пульсаров связана с их массой. Физики сравнивают эту взаимосвязь с размешиванием супа в тарелке: представьте себе, что суп и тарелка могут вращаться, но при этом суп вращается быстрее тарелки. Тогда его движение будет ускорять вращение тарелки. Подобное явление происходит и в пульсаре. 

Внутри нейтронных звезд, как считается, существует сверхтекучая материя. По словам ученых, в зависимости от ее количества (а значит и массы) и подвижности вихрей внутри нее, частота сбоев в работе пульсаров будет различаться. Авторы вывели математическую модель, описывающую связь между этими величинами и проверили ее на экспериментальных данных, охватывающих более 45 лет наблюдений пульсаров. 

По словам астрономов, новая модель открывает новый класс задач для строящихся радиотелескопов, таких как Square Kilometre Array (SKA, Австралия и ЮАР) и Low Frequency Array(LOFAR, Европа). 

Пульсары — быстровращающиеся нейтронные звезды, которые впервые были обнаружены благодаря наблюдениям в радиочастотном диапазоне. Как правило, они обладают очень устойчивой периодичностью сигналов, однако у молодых пульсаров порой наблюдаются сбои. В эти моменты частота сигналов возрастает.

Классическим методом измерения масс звезд является анализ их гравитационных взаимодействий с другими небесными телами. Таким образом измеряются, например, массы компонентов двойных систем и массы экзопланет. Этот подход делает невозможным измерение масс одиночных объектов.