Ученые обнаружили первые убедительные доказательства того, что некоторые нейтронные звезды могут быстро охлаждать свои ядра, испуская нейтрино – легкие субатомные частицы. О своем открытии астрофизики сообщили в журнале Physical Review.

Нейтронные звезды – это космические тела, основную массу которых занимает нейтронная сердцевина – ядро, покрытое тонкой твердой оболочкой, состоящей из тяжелых атомных ядер и электронов. Известно, что нейтронные звезды излучают нейтрино, которые медленно охлаждают звезду. Однако ранее не было явных доказательств того, что охлаждение может происходить в разы быстрее.

Наблюдения за звездой MXB 1659-29, расположенной на расстоянии около 35000 световых лет от Земли, предоставили первые свидетельства быстрого нейтринного охлаждения. Ученые определили, что эта звезда неоднократно поглощала материал соседней звезды, а после «еды» быстро остывала – примерно в течение 15-летнего перерыва между «приемами пищи». Нейтрино уносил энергию звезды примерно в 10 раз быстрее, чем солнечный свет излучает энергию, и примерно в 100 миллионов раз быстрее, чем это происходит при обычном, медленном процессе охлаждения.

Рентгеновские лучи, испускаемые небесным телом, показали, что скорость быстрой перезарядки согласуется с так называемым Урка-процессом, нейтринным охлаждением. Процесс Урка был назван так физиками Джорджем Гамовым и Марио Шенбергом в 1940-х годах – по имени уже не существующего казино Urca в Рио-де-Жанейро. Аналогия заключается в том, что этот процесс забирает тепло у звезды так же быстро, как казино – деньги из карманов туристов. В этом процессе нейтроны в сердцевине звезды превращаются в протоны и выделяют электроны и антинейтрино (антивещества нейтрино). Аналогично, протоны превращаются в нейтроны и испускают антиэлектроны и нейтрино. Поскольку нейтрино и антинейтрино очень редко взаимодействуют с веществом, они могут покинуть ядро, забирая с собой энергию.

Процесс Урки может произойти только в том случае, если доля протонов в центре нейтронной звезды больше 10 процентов. Поэтому, если этот процесс происходит, можно исключить теории, которые прогнозировали бы меньшее число протонов.

Наблюдение может помочь ученым понять, что происходит глубоко в нейтронных звездах, ядра которых сжаты до плотности, намного превосходящей ту, которую можно получить в лаборатории. Согласно основной теории, ядра этих звезд наполнены нейтронами и меньшим числом протонов и электронов. Однако существует иное предположение, что сердцевина нейтронной звезды может состоять из вещества, содержащего редкие частицы – гипероны – или множество свободнодвижущихся кварков – частиц, которые входят в состав протонов и нейтронов.