Ядерные макароны, вероятно, самый прочный материал во всей Вселенной

Ученые тоже любят позабавиться. Странно, почему до сих пор нет папоротника названного в честь Леди Гага, гена Сверхзвуковой Ёжик, или вида динозавров, названного в честь мультфильма Far Side? Однако, иногда, чтобы придумать название вещи, надо просто описать, на что она похожа. Так обстоит дело с так называемыми «ядерными макаронами», которые похожи — ну да — на макароны. Может быть глупое название, но эта штука нешуточная, и она может помочь нам углубиться в тайны Вселенной.

Когда Нейтронная звезда светит вам в глаза

Чтобы понять, что за поразительная штука «ядерные макароны», надо прежде понять, что за поразительная штука нейтронная звезда. Этот сверхплотный объект возникают, когда массивная звезда — в несколько раз больше нашего солнца — исчерпывает своё ядерное топливо и сжимается в объём размером с город. В результате рождается нейтронная звезда — один из самых плотных объектов во Вселенной, но ее плотность неоднородна.

Нейтронные звезды состоят из нескольких слоев, подобно Земле, верхний слой которой известен как кора. Он состоит из внешней коры и внутренней коры, и простирается примерно на километр от поверхности. Физики считают, что атомы на поверхности вообще не очень плотные, но чем дальше вы углубляетесь во внешнюю кору, тем сильнее сжатие, пока атомы не расположатся так близко друг к другу, что их покинут электроны, а ядра образуют плотно связанную решетчатую структуру. Еще глубже во внутренней коре ядра настолько плотно сжаты, что они начинают выстраиваться в причудливые формы, очень похожие на макароны.

В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, физики Чарльз Горовиц, Андре да Силва Шнайдер и Мэтт Каплан дали этим структурам название «слой макарон». (Мы забыли сказать, что Каплан также автор статьи о картофелеподобном очертании астероидов. Космические углеводы!)

Некоторые из этих ядерных структур сплющены в листы, похожие на лазанью; другие растянуты в пучки, подобные спагетти. Есть шарики, похожие на клецки, и трубчатые букатини. Есть даже антимакароны: антиспагетти — ядерная материя, пронизанная туннелями, и антиклёцки все в дырах, как швейцарский сыр. Кому мало, так есть ещё ядерные вафли. Потому что, кто же не любит вафли?

Этот слой макарон толщиной всего от 100 до 250 метров, но он настолько плотный, что составляет больше половины общей массы коры. Важно понять, как его плотность распределяется, чтобы предсказать, как она может себя вести. Исследователи создали компьютерную модель этих структур и выяснили, какая сила требуется, чтобы их разрушить.

Разрушить эти штуки — непростая задача

Оказалось, что разрушение ядерных макарон требует огромной силы — точнее, в 10 миллиардов раз больше силы, необходимой для разрыва стали. В пресс-релизе Горовиц прямо так и сказал: «Это чертовски трудно представить».

Это открытие помогает нам узнать намного больше. Вспышки магнетаров, процессы звездообразования и, что важно, слияния нейтронных звезд — всё это, как полагают, связано с разрушением коры. Последний пример привёл к обнаружению гравитационных волн обсерваторией LIGO в 2017 году, и есть надежда, что LIGO может обнаружить подобные волны, возникающие при вращении одной нейтронной звезды.

Но эти волны образуются только в том случае, если кора нейтронной звезды будет неровной и усеянной горами, что, применительно к нейтронной звезде, означает, что у нее должны быть вершины всего в несколько сантиметров. Но чем плотнее кора, тем выше могут быть эти горы.

Согласно компьютерной модели, ядерные макароны достаточно прочны, чтобы поддерживать горы в десятки сантиметров высотой, достаточной, чтобы производить продолжительные гравитационные волны, которые сейчас ищет LIGO. Вот такие вот макароны!