Нейтронная звезда из голографических кирпичиков экспресс
Вода в стакане кажется сплошной, но состоит из молекул. Примерно так же физики долго описывали вещество внутри нейтронной звезды — как однородный суп из протонов и нейтронов. Но настоящие нейтронные звёзды не суп. Это тесная толпа частиц, где каждый нейтрон чувствует соседа.
Авторы новой работы отказались от однородной картины. Они взяли за основу необычный инструмент — голографию. В голографическом подходе сильные взаимодействия внутри ядра описываются через искривление дополнительного измерения, как тень от трёхмерного предмета на плоской стене. Каждый барион (протон или нейтрон) предстаёт крошечным вихрем — солитоном. Два таких вихря притягиваются друг к другу определённым образом. Учёные вычислили силу этого притяжения и начали укладывать вихри в кристаллическую решётку — как апельсины в ящике, но в самом плотном порядке, лицом к лицу.
Собрав такую решётку, авторы вычислили, сколько энергии приходится на каждый барион и как меняется давление с плотностью. Они настроили свою модель по двум якорным точкам: плотности насыщения (когда ядра в обычных атомах перестают сжиматься) и химическому потенциалу (энергии, нужной, чтобы добавить ещё один нейтрон). Затем добавили в расчёт массу пи-мезонов — частиц, которые барионы перебрасывают друг другу, как мяч, скрепляя ядро. Полученная жёсткость материи оказалась близка к реальной, в отличие от однородного приближения.
Затем авторы перешли к веществу нейтронной звезды, где протоны и нейтроны перемешаны с электронами и находятся в равновесии. Используя известные данные о симметрийной энергии (разнице в энергии между чисто нейтронной и протон-нейтронной материей), они получили гибридное уравнение состояния. С ним нейтронные звёзды в расчётах получаются как раз такими, какими их видят рентгеновские телескопы: радиус около 12–13 километров при массе в полтора Солнца. Такой подход, где материя собрана из отдельных барионов-вихрей, впервые позволил голографической модели согласоваться с наблюдениями.
Если бы нейтронную звезду размером с город сжали ещё немного, она превратилась бы в чёрную дыру — и её вещество исчезло бы за горизонтом событий.
В романе «Яйцо дракона» Роберта Форварда описана жизнь на поверхности нейтронной звезды, где ядерные реакции идут так быстро, что цивилизация развивается за земные часы.