Как вихри-невидимки ускоряют пульсары ✛

Оригинал: "Pulsar glitches in the presence of vortex traps"
arXiv:2607.20398v1 · 2026-07-22 · CC BY 4.0 · 2 мин
Крошечные вихри в недрах пульсара срываются лавиной и заставляют мёртвую звезду крутиться быстрее.

89 миллисекунд. За это время пульсар может внезапно увеличить скорость вращения. Пульсар — это нейтронная звезда, рождённая в грандиозном взрыве сверхновой. Она сжимается до размеров города, но масса её больше солнечной. Вращается такой объект с точностью атомных часов, однако раз в несколько лет его ритм сбивается — происходит глич, внезапное ускорение.

Внутри пульсара вещество находится в состоянии сверхтекучей жидкости — она течёт без трения. Вся эта жидкость пронизана миллиардами микроскопических вихрей (в настоящей звезде их примерно 10¹⁷ — больше, чем песчинок на всех пляжах Земли). Эти вихри несут вращение звезды, словно крошечные шестерёнки. Они могут застревать на неровностях твёрдой коры — как снежинки на горном склоне. Когда напряжение от застрявших вихрей становится слишком большим, они срываются разом — лавиной. Этот лавинный сброс мгновенно ускоряет кору — так и возникает глич.

В симуляции следили за сотней тысяч вихрей; в реальной звезде их в триллион раз больше. Но даже этого хватило, чтобы уловить ключевые эффекты.

Джоселин Белл Бернелл открыла первый пульсар в 1967 году, но только недавно учёные смогли заглянуть в механизм сбоев. Новое численное моделирование показало: всё дело в «ловушках» — особенно липких участках коры. Под действием огромной гравитации кора трескается, и появляются зоны, где вихри застревают особенно крепко. Каждая такая ловушка размером с баскетбольную площадку. Срабатывает одна — происходит небольшой сбой. Срабатывают сразу несколько — и глич получается ступенчатым, по-настоящему крупным. Именно такую картину наблюдают у реального пульсара PSR J0537-6910 — у него бывают и малые, и большие сбои.

Неожиданным результатом стало самопроизвольное появление в симуляции гигантских пустот без вихрей — они занимали до трети звезды и существовали очень долго.

И вот за 89 миллисекунд лавина из сотен тысяч вихрей переписывает вращение целой звезды. Это крошечный момент в миллиарднолетней эволюции звезды, но именно такие моменты помогают понять, как живут самые плотные объекты во Вселенной.

Знаменитый пульсар Vela пережил более 20 таких лавинных сбоев. В 2016 году один из них предварялся заметным замедлением вращения — вероятный признак того, что в коре сформировалась новая ловушка.

В романе «Яйцо Дракона» Роберта Форварда разумная жизнь на нейтронной звезде использует сбои вращения как источник энергии.

\frac{\Delta \Omega_c}{\Omega_0} = I_{\rm rel} \frac{k}{I_s} n \frac{1}{\Omega_0} \big(r_B^2 - r_A^2\big)
∆Ωc/Ω0 — относительное увеличение угловой скорости коры; Irel — отношение моментов инерции сверхтекучей и нормальной компонент; n — число вихрей в ловушке; rA, rB — начальное и конечное расстояния вихрей от оси.
Учёные
Enrico FermiPaul DiracSubrahmanyan ChandrasekharAlbert EinsteinBarry BarishKip Thorne
Понятия
глитч пульсара глитч магнитара осцилляции нейтронных звёзд пульсация покачивание вращение нейтронной звезды явления пульсаров разлом гравитационная неустойчивость вспышка звездообразования кора рассеянное скопление вращение звёзд скорость вращения пиннинг потока рентгеновский импульс пульсации магнитара в гамма-всплесках ветры протопланетных дисков резонанс кротовой норы вихревая решётка