Главная Новости Астрофизики предложили новые методы исследования нейтронных звезд

Как заглянуть в пространство нейтронной звезды?

Представьте себе звезду, масса которой вдвое превышает массу Солнца, и сожмите ее до размеров стандартного городского района.

В результате получится нейтронная звезда - один из самых плотных объектов во Вселенной, превышающий в десятки триллионов раз плотность любого материала, встречающегося на Земле, пишет Альтернативная наука.

Нейтронные звезды сами по себе являются уникальными астрофизическими объектами, но их экстремальная плотность позволяет нам использовать их в качестве лабораторий по изучению фундаментальных вопросов ядерной физики в условиях, которые никогда не воспроизведутся на Земле.

Из-за этих экзотических условий ученые до сих пор не понимают, из чего именно состоят сами нейтронные звезды. В частности, так называемое "уравнение состояния" (EoS).

Определение EoS - главная цель современных астрофизических исследований.

Новый фрагмент головоломки, ограничивающий диапазон возможностей, был обнаружен парой ученых из IAS: Каролин Райтел, научным сотрудником Школы естественных наук имени Джона Н. Бахколла, и Элиасом Мостом из Принстонского университета. Недавно совместная работа была опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Возможно, на этом изображении - остатки нейтронной звезды первого поколения

В идеале ученые хотели заглянуть внутрь этих экзотических объектов, но они слишком малы и далеки, чтобы их надежно зафиксировать с помощью стандартных телескопов.

Поэтому астрономы полагаются на косвенные доказательства, которые они могут измерить, например, массу и радиус нейтронной звезды, таким образом рассчитывая EoS.

Достаточно примитивная технология, напоминающая вычисление гипотенузы в прямоугольном треугольнике.

Впрочем, радиус нейтронной звезды очень трудно точно измерить. Одна из перспективных альтернатив для будущих наблюдений заключается в том, чтобы вместо него использовать величину, называемую "пиковой спектральной частотой" (или f2).

 

Но как измеряется f2?

Столкновения между нейтронными звездами, которые подчиняются законам теории относительности Эйнштейна, приводят к сильным всплескам излучения гравитационных волн.

В 2017 году исследователи впервые напрямую измерили такие выбросы.

"По крайней мере, в принципе, пиковая спектральная частота может быть вычислена по гравитационно-волновому сигналу, испускаемому колеблющимся остатком двух слившихся нейтронных звезд", - утверждает Мост.

Ранее предполагалось, что f2 будет разумным прокси для радиуса, поскольку до сих пор астрофизики считали, что между ними существует прямое, или "квазиуниверсальное", соответствие.

Однако Райтел и Мост продемонстрировали, что это не всегда так. Они показали, что определение EoS не похоже на решение простой задачи о гипотенузе.

Напротив, это больше походит на вычисление самой длинной стороны неправильного треугольника, где также требуется третья информация: угол между двумя короткими сторонами.

 

Для авторов исследования третья часть информации - "наклон зависимости массы от радиуса", которая содержит информацию об EoS при более высоких плотностях (и, следовательно, более экстремальных условиях), чем только радиус.

Новое открытие позволит исследователям, работающим со следующим поколением гравитационно-волновых обсерваторий (преемников ныне действующего LIGO), лучше использовать данные, полученные после слияний нейтронных звезд.

По словам Райтел, такие данные могут раскрыть фундаментальные составляющие материи нейтронных звезд.

"Некоторые теоретические предсказания предполагают, что в ядрах нейтронных звезд в результате фазовых переходов нейтроны могут растворяться в субатомных частицах, называемых кварками", - заявила Райтел.

«Это означает, что звезды содержат море свободной кварковой материи в своих внутренностях... Наша работа может помочь завтрашним исследователям определить, происходят ли такие фазовые переходы на самом деле".