Астрономы нашли свидетельства существования бозона Намбу-Голдстоуна – квазичастицы кинетической энергии – в ядрах гелиевых белых карликов, проанализировав температуру, плотность и другие параметры их устройства, и опубликовали свои выводы в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.

Пауло Бедакью (Paul Bedaque) из университета штата Мэриленд в городе Колледж Парк (США) и Алексей Черман из Кэмбриджского университета (Великобритания) проследили за тем, как меняется структура гелиевого белого карлика по мере «старения» звезды.

На сегодняшний день известны два типа белых карликов – водородные и гелиевые.

Первые состоят из протонов – «голых» атомов водорода – и электронов, а вторые – из ядер гелия и электронов.

Водородные карлики встречаются в четыре раза чаще своих гелиевых родственников, и их физическое устройство хорошо изучено.

Материя белого карлика находится в особом состоянии из-за огромной плотности его вещества – сотни тысяч или даже миллиард тонн на кубический метр. Так, водородные белые карлики по своей структуре напоминают сверхплотный комок электронно-протонной плазмы, а гелиевые – единый кристалл из атомов и электронов этого благородного газа.

Некоторые астрономы предполагают, что различия в устройстве «молодых» и «старых» гелиевых белых карликов указывают на то, что часть из них состоит не из кристалла гелия, а из конденсата Бозе-Эйнштейна – жидкости из множества частиц, которая ведет себя как один большой атом.

Бедакью и Черман проверили это предположение при помощи компьютерной модели, описывающей состояние материи в белом карлике в зависимости от температуры и давления.

По расчетам ученых, конденсат Бозе-Эйнштейна может образоваться только в том случае, если плотность белого карлика будет находиться в пределах от 20 до 200 тысяч тонн на кубический метр. Такая плотность вполне реалистична для гелиевых белых карликов, чья плотность достигает 100 тысяч – миллиона тонн на кубический метр.

С другой стороны, такое состояние может возникнуть только при довольно низких температурах. Это означает, что эти карлики можно заметить по более низкой температуре их поверхности.

Астрономы вычислили температуру такого конденсата и изучили его свойства. Оказалось, что в веществе гелиевого карлика образуется множество квазичастиц, соответствующих так называемому состоянию Намбу-Голдстоуна. В этом состоянии существуют бозоны с одноименным названием – безмассовые частицы, которые переносят кинетическую энергию.

Как объясняют ученые, эти частицы переносят энергию внутри и за пределами конденсата, из-за чего это вещество быстро охлаждается. Переход в такое состояние сильно сокращает «продолжительность жизни» белого карлика из-за удвоенной потери энергии.

Это может объяснить то, почему многие гелиевые белые карлики светятся гораздо слабее своих коллег и быстрее исчезают с небосвода.

Белых карликов можно охарактеризовать как мертвое «сердце» старых звезд массы, исчерпавших свои запасы термоядерного «горючего». После сброса внешних оболочек на месте умершей звезды остается небольшой шар из сверхплотной материи размером с Землю, который светится за счет остаточной энергии.

Такая звезда может стабильно существовать, если ее масса не превышает 1,4 массы Солнца – предела Чандрасекара.