Краткая физическая модель и проверяемые предсказания.
1) Структура звезды (слойная):
- Жёсткая густая кора (твердый кристаллический решётка и электронно-ионный фон) с внешней корой и внутренней корой.
- Внутренняя кора содержит нейтронный сверхтекучий компонент, в котором квантовые вихри несут угловой момент и могут «прилипать» (pin) к ядерной решётке.
- Внутри ядра — сверхтекучий нейтронный компонент, сверхпроводящие протоны (магнитные флюкс-струны), сильнее связанные с магнитным полем и нормальной материей; связи между слоями описываются параметрами взаимного трения (mutual friction) и «вводной» инерцией (entrainment).
2) Механизм возникновения глитча (векторное объяснение):
- При релаксации внешнего тормозящего момента коры её угловая скорость ${\Omega }_c$ убывает; сверхтекучая нейтронная компонента из‑за пиннинга удерживает часть углового момента, создавая лаг $\omega ={\Omega }_{sf}-{\Omega }_c$.
- Когда локальный лаг достигает критического значения ${\omega }_{\mathrm{crit}}$ ( или происходит лавинообразное распинning из‑за возмущения ), множество вихрей внезапно освобождаются и переносят уголовой момент к коре — быстрая передача $\Delta L$ вызывает мгновенное увеличение наблюдаемой частоты вращения (глитч). Это Anderson–Itoh / vortex‑unpinning модель; модель лавинного распиннинга совместима с распределениями размеров глитчей, близкими к степенным законам (SOC).
- Часть глитчей может инициироваться «звёздными квейками» (crustquakes) — пластическое разрушение коры при накоплении напряжений, которые либо сами меняют момент инерции коры, либо триггерят распинning вихрей.
3) Простые количественные связи (сохранение углового момента):
- Общий момент импульса $L=I_c{\Omega }_c+I_{sf}{\Omega }_{sf}$. При обмене без внешнего момента:
$$I_c\Delta {\Omega }_c+I_{sf}\Delta {\Omega }_{sf}=0.$$ Если сверхтекучая компонента снижает лаг на $\Delta \omega$ ($\Delta {\Omega }_{sf}=-\Delta \omega$), наблюдаемый скачок $\Delta \Omega \equiv \Delta {\Omega }_c$ даёт
$$\Delta \Omega =\frac{I_{sf}}{I_c}\Delta \omega .$$ - Для оценки требуемой доли инерции резервуара: если $\Delta \omega$ порядка накопленного лага ${\omega }_{\mathrm{crit}}$, то
$$\frac{I_{sf}}{I}\gtrsim \frac{\Delta \Omega }{{\omega }_{\mathrm{crit}}}\frac{I_c}{I},$$ и для малых $I_c/I$ даёт требование на минимальную $I_{sf}$. При учёте радиационного торможения и средней активности глитчей вводят параметр активности $A_g=\sum \Delta \nu /(\nu T)$, связанный с долей инерции резервуара (приблизительная оценка):
$$\frac{I_{\mathrm{res}}}{I}\sim \frac{A_g}{|\dot{\nu }|/\nu }.$$
4) Почему разные пульсары ведут себя по‑разному:
- Величина и частота глитчей зависят от силы пиннинга, локальных условий в коре, энтрейнмента (эффективной массы нейтронов в кристалле), скорости торможения $\dot{\Omega }$ и возможного участия ядра. Например, крупные регулярные глитчи (Вела) требуют большего момента инерции, чем доступен только в коре при сильном энтрейнменте — значит, должен участвовать и ядро.
5) Предсказания и наблюдаемые признаки модели:
- Быстрый (<< сек — мин) подъём $\Delta \Omega$ соответствует малому времени связи — сильная распиннинг‑лавина и слабое внешнее трение; измерение времени нарастания ограничит коэффициент взаимного трения.
- Многокомпонентное экспоненциальное восстановление после глитча (несколько ${\tau }_i$) указывает на слоистую структуру с разными $I_i$ и различными коэффициентами взаимного трения; параметры ${\tau }_i$ дают оценки $\mathcal{B}$ и долей инерции через соотношения типа $\tau \sim (I_{sf}/I_c)/(\mathcal{B}\Omega )$.
- Если энтрейнмент в коре велик, требуется подключение сердцевины: тогда суммарная доля $I_{sf}/I$ должна быть > нескольких процентов для объяснения больших глитчей.
6) Какие дополнительные данные подтвердили бы/опровергли модель (приоритетные наблюдения):
- Высокочастотная (мс–с) регистрация времени прихода пульса до/во время глитча, чтобы измерить пределы времени нарастания глитча — даёт прямую оценку скорости передачи углового момента и параметра mutual friction.
- Точный анализ пост‑глитч релаксации (несколько экспонент): амплитуды и времена ${\tau }_i$ → восстановление $I_i$ и ${\mathcal{B}}_i$, проверка многокомпонентной модели.
- Статистика размеров и интервалов глитчей (распределение частот, закон степенного роста или характерный размах): тест SOC‑лавинной модели против регулярных критических срабатываний.
- Измерения изменения тормозного индекса и постоянного сдвига $\Delta \dot{\nu }$ после глитча — различие между внутренним перераспределением инерции и изменением внешнего момента.
- Одновременные наблюдения в рентгене/тепловом диапазоне: кратковременное нагревание поверхности во время глитча укажет на диссипацию при распиннинге или трение при квейке (энергетический след).
- Поиск изменений профиля луча/поляризации — если глитч сопровождается перестройкой магнитосферы, это укажет на магнитное участие.
- Астрофизические и ядерные ограничения (модель уравнения состояния): независимые измерения радиуса/массы и расчёты толщины коры → проверка, хватает ли инерции коры для объяснения наблюдаемых глитчей с учётом энтрейнмента.
- Возможное непрямое обнаружение гравитационных волн или коротких нейтринных вспышек во время большой перестройки (очень труднодостижимо), но полезно для исключения крупных механо‑динамических событий.
Короткие выводы: наиболее экономная и совместимая с наблюдениями модель — двух/многокомпонентный нейтронный сверхтекучий резервуар (внутренняя кора ± ядро) с пиннингом вихрей и лавинным распиннингом, инициируемым накоплением лага или квейками. Ключевые проверки: высокочастотная фиксация времени глитча, подробный анализ релаксации и тепловые/радиационные сопутствующие сигналы, плюс сравнение требуемой доли инерции с пределами, вытекающими из уравнения состояния и энтрейнмента.