7. Нейтронные звезды

Возникновение в квантовой жидкости сверхтекучих вихрей обнаружено не только в микросистемах, но и в космических макрообъектах - нейтронных звездах, существование которых было предсказано Ландау. Нейтронные звезды - один из этапов на заключительной стадии эволюции некоторого класса звезд. Они возникают в результате гравитационного коллапса железного ядра сверхновой звезды, которая после сброса оболочки обнаруживает себя как пульсар. Гравитационное поле на поверхности нейтронной звезды на 11 порядков превышает земное. Огромные давления и температуры (до 700 млн. К в центре нейтронной звезды) создают особые условия для перехода звездного вещества в квантовое состояние  нейтронную жидкость (97% нейтронов). Нейтронная звезда имеет сверхсильное магнитное поле 10¹² Гс, которое в 10⁹ раз сильнее земного (магнитное поле Земли 0,5 Гс), что и является причиной жесткого электромагнитного излучения пульсаров. Если полюса такого большого магнита направлены под углом к оси вращения, то вращающееся магнитное поле ускоряет электроны возле полюсов, которые испускают мощное электромагнитное излучение. При достижении им Земли наблюдаются периодические вспышки этого излучения из-за большой скорости вращения нейтронной звезды. Нейтронные звезды характеризуются малыми размерами (радиус 10 км), массой до двух солнечных, температурой 10¹² К и высокой плотностью вещества до 10¹⁴(плотности атомных ядер). Звезду окружает «атмосфера» всего в несколько сантиметров.

Рис. 4

Нижняя граница «атмосферы» является переходным слоем (корой) между классическим и квантовым состояниями вещества нейтронной звезды. Ядерные взаимодействия стремятся выстроить нейтроны в поверхностном слое (толщина 1,5 км) в квантовый кристалл (рис. 10.4). Под действием мощных гравитационных сил с глубиной этот кристалл плавится и под корой возникает нейтронная квантовая жидкость.В центре должно существовать ядро, пока неизвестной природы.

При сжатии нормальной звезды гравитационными силами после выработки ядерного горючего должен сохраниться момент импульса (закон сохранения момента импульса).

Поэтому при уменьшении звезды в размерах она увеличивает угловую скорость своего вращения.

Следовательно, нейтронная звезда - вращающий объект сверхтекучести, в котором также должны возникать квантовые вихри.

Наблюдения за нейтронными звездами обнаруживают замедление их вращения (скачком) с периодом в  2 года.По одной из гипотез это явление связывают с тем, что после закрепления сверхтекучих вихрей в структуре звезды (пеннинга). Из-за квантовых эффектов, они периодически лавинообразно срываются со своих мест (крип) и вызывают скачком замедление вращения нейтронной звезды. Из-за потерь на излучение происходит замедление вращения нейтронных звезд. Изменение угловой скорости вращения связано с изменением равновесной формы пульсаров.

Твердая кора нейтронных звезд не может плавно изменить свою форму, в ней накапливаются напряжения, которые со временем приводят к “звездотрясениям”, в результате происходит резкое увеличение периода вращения пульсара. Наблюдения показали, что скачкообразное изменение периода вращения у ряда пульсаров действительно имеются. Период вращения от 1,6 с до 6 с.