Молодая (возрастом в 345 лет) нейтронная звезда в остатке сверхновой Кассиопея А (англ. сокр. Cas A NS, рентгеновский источник CXOU J232327.8+584842) излучает тепловой спектр, который хорошо описывается моделью немагнитной углеродной атмосферы. Путём применения этой спектральной модели к наблюдениям, произведённым в разные годы, удалось оценить темп остывания этой нейтронной звезды, причём он оказался выше ожиданий, основанных на обычных сценариях остывания молодых нейтронных звёзд, в которых потери тепла в основном регулируются модифицированными урка-реакциями с излучением нейтрино, уносящих энергию из ядра звезды [1,2]. Для объяснения этих наблюдений предлагалось несколько гипотез. Самая популярная из них, выдвинутая в 2011 году независимо П.С. Штерниным и др. [3] и Д. Пажем и др. [4], объясняет наблюдаемое быстрое остывание дополнительными потерями энергии за счёт флуктуационных процессов распада и образования куперовских пар нейтронов с выделением нейтрино в ядре нейтронной звезды. Этот так называемый PBF-механизм остывания (от англ. "pair breaking and formation") наиболее эффективен при температурах, немного меньших, чем критическая температура для возникновения нейтронной сверхтекучести. Для количественного описания наблюдений в рамках такой гипотезы требуются сильные ограничения на критические температуры протонной и нейтронной сверхтекучестей в ядре нейтронной звезды и на мощность PBF-механизма. Такие ограничения с трудом согласуются с современной теорией сверхплотной нуклонной материи. Чтобы их ослабить, Л.Б. Леинсон в 2022 году [5] предложил сценарий гибридного остывания, существенный вклад в которое, наряду с PBF-механизмом, дают прямые урка-процессы в небольшой центральной области звезды - ядрышке, которое намного меньше всего ядра.

В данной работе [6] показано, что при наличии такого ядрышка остывание нейтронной звезды в Кассиопее А не обязано быть гибридным, так как его можно успешно описать урка-реакциями и без привлечения PBF-механизма. Прямые урка-реакции в центральном ядрышке и модифицированные урка-реакции в окружающем его внешнем ядре доминируют в остывании звезды на разных временах: модифицированные - на более ранних, а прямые - на более поздних. Ключевую роль в такой иерархии времён играет неизотермичность ядра: центральное ядрышко в течение значительного времени остаётся намного более холодным, чем окружающее его вещество.

Предлагаемый урка-сценарий остывания нейтронной звезды позволяет снять ограничения на параметры сверхтекучести нуклонов, возникавшие при использовании PBF-сценария и гибридного сценария. В данной работе урка-сценарий исследован для разных теоретических моделей уравнения состояния и нуклонных сверхтекучестей в ядре нейтронной звезды. Показано, что скорость остывания нейтронной звезды в Кассиопее А, наблюдающуюся в нашу эпоху, можно объяснить для различных комбинаций этих теоретических моделей путём подбора подходящего размера центрального ядрышка, плотность которого должна немного превышать пороговую плотность, при которой начинают работать прямые урка-процессы.

Кроме того, в работе построена упрощённая аналитическая модель остывания неизотермического ядра нейтронной звезды в урка-сценарии, вскрывающая зависимости темпа остывания на разных временах от параметров нейтронной звезды и её центрального ядрышка.

Работа поддержана грантом РНФ № 24-12-00320.

Литература

1. C.O. Heinke, W.C.G. Ho. Direct observation of the cooling of the Cassiopeia A neutron star // Astrophys. J. 719, L167 (2010).
2. P.S. Shternin, D.D. Ofengeim, C.O. Heinke, W.C.G. Ho. Constraints on neutron star supefluidity from the cooling neutron star in Cassiopeia A using all Chandra ACIS-S observations // Mon. Not. R. Astron. Soc. 518, 2775 (2023).
3. P.S. Shternin, D.G. Yakovlev, C.O. Heinke, W.C.G. Ho, D.J. Patnaude. Cooling neutron star in the Cassiopeia A supernova remnant: Evidence for superfluidity in the core // Mon. Not. R. Astron. Soc. 412, L108 (2011).
4. D. Page, M. Prakash, J.M. Lattimer, A.W. Steiner. Rapid cooling of the neutron star in Cassiopeia A triggered by neutron superfluidity in dense matter // Phys. Rev. Lett. 106, 081101 (2011).
5. L.B. Leinson. Hybrid cooling of the Cassiopeia A neutron star // Mon. Not. R. Astron. Soc. 511, 5843 (2022).
6. A.Y. Potekhin, D.G. Yakovlev. Urca cooling of the neutron star in the Cassiopeia A supernova remnant // J. High Energy Astrophys. 49, 100441 (2026).

Страница создана 2 сентября 2025 г.