РЕХОВОТ, Израиль, 12 января 1998 г. …Подозревается, что в нашей галактике скрывается новая «странная» звезда - и астрофизик из Института Вейцмана идет по горячим следам.
В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters от 12 января, профессор Владимир Усов из отдела физики конденсированного состояния Института выделяет последнюю из трех характеристик, которые могут позволить астрономам, наконец, идентифицировать примеры странных звезд, существование которых было предсказано почти 15 лет назад. Первые две характеристики были описаны Усовым в выпуске The Astrophysical Journal Letters от 1 июня 1997 года.
«Лишь несколько небесных тел, наблюдаемых в нашей галактике, вероятно, являются странными звездами, но они представляют собой совершенно новый класс небесных объектов с экстраординарными свойствами», - говорит Усов.
Три уникальные особенности Усова отличали бы странную звезду от более обычной нейтронной звезды, которая внешне очень похожа.
В нашей Галактике насчитывается около 1000 наблюдаемых объектов, классифицируемых как нейтронные звезды, но, по словам Усова, до одного процента из них могут быть на самом деле странными звездами. То же самое может быть и с некоторыми из примерно 20 загадочных тел, которые, по мнению астрономов, могут быть черными дырами.
Чемпион плотности и стабильности
Положительная идентификация этих призрачных небесных обитателей решила бы важный для физики элементарных частиц вопрос о существовании материи, состоящей из кварков - самой стабильной материи во Вселенной.
Существование такой материи было постулировано в 1984 году профессором Эдвардом Виттеном из Института перспективных исследований в Принстоне, и ее важнейшим компонентом является странный кварк - один из шести типов кварков, мельчайших строительных блоков материи..
Однако кварки обычно не существуют как отдельные объекты, и можно лишь мельком увидеть их существование в ускорителях частиц высоких энергий.
Поэтому странные звезды, названные так потому, что они, как полагают, почти полностью состоят из странных кварков, являются единственным шансом ученых наблюдать значительный и стабильный «кусок» кварковой материи.
«Открытие странной звезды докажет, что кварковая материя действительно может существовать», - говорит Усов.
До того, как Виттен предложил свою кварковую теорию материи, предполагалось, что при чрезвычайно высоком давлении, существующем в некоторых астрономических объектах, материя, состоящая из нейтронов, не имеющих электрического заряда, является наиболее стабильной из всех типов материи. Эта стабильность привела ученых к мысли, что звезды, состоящие из нейтронов, диаметром около 20 километров, были последней стадией эволюции «массивной» звезды (масса которой составляет не менее 1.в 4 раза больше, чем у Солнца). Нейтронные звезды образуются при коллапсе массивных звезд, и, поскольку они чрезвычайно стабильны, маловероятно, что они будут коллапсировать дальше.
Однако теоретические странные звезды представляли бы собой еще более поздний этап в звездной эволюции: согласно Усову, когда ядро нейтронной звезды достаточно плотное, нейтронное вещество может превращаться в кварковое вещество.
И нейтронные, и странные звезды не только чрезвычайно стабильны, но и невероятно плотны: один кубический сантиметр странного кваркового вещества будет весить около 1 миллиарда тонн.
Три критерия
Хотя нейтронные и странные звезды похожи по размеру и плотности, Усов использовал теоретические расчеты для поиска уникального поведения, которое отличало бы кварковую звезду от ее нейтронного «кузена».
Эти три уникальных поведения заключаются в следующем:
Во-первых, энергия рентгеновских лучей, испускаемых странной звездой, примерно в 10-100 раз больше, чем энергия рентгеновских лучей, испускаемых нейтронной звездой.
Во-вторых, рентгеновские лучи, испускаемые странными звездами, излучаются импульсами, каждый из которых длится около 1 миллисекунды.
Наконец, странная звезда, состоящая в основном из кварков, также содержит небольшое количество электронов. Когда отрицательно заряженные электроны пытаются покинуть звезду, над ее поверхностью создается очень сильное электрическое поле. Это электрическое поле вызывает спонтанное создание пар, состоящих из электронов и их положительно заряженных копий, называемых позитронами. Электроны и позитроны могут аннигилировать друг друга при встрече, что приводит к выбросу высокоэнергетического гамма-излучения. Это так называемое аннигиляционное гамма-излучение может быть обнаружено астрономами.
"Если компактный объект соответствует этим трем критериям, высоки шансы, что вы нашли странную звезду", - заключает Усов.
Первый кандидат
По словам Усова, один вероятный кандидат на роль странной звезды уже обнаружен астрономами. Это таинственный источник рентгеновского излучения, расположенный недалеко от галактического центра, который ученые называют 1E1740.7-2942.
Мощный источник в настоящее время считается черной дырой, но Усов предполагает, что это может быть странная звезда, поскольку она соответствует всем трем его критериям.
Усов сейчас работает над дальнейшим уточнением профиля странной звезды, чтобы астрономы могли идентифицировать других потенциальных кандидатов в космосе.
Научный институт Вейцмана в Реховоте, Израиль, является одним из передовых мировых центров научных исследований и аспирантуры. Его 2500 ученых, студентов, техников и инженеров проводят фундаментальные исследования в поисках знаний и улучшения условий жизни человека. Новые способы борьбы с болезнями и голодом, защита окружающей среды и использование альтернативных источников энергии являются приоритетными задачами.