Астрономы уточнили размер нейтронных звезд и усомнились в существовании их кварковых «близнецов»

Нейтронные звезды – самые плотные объекты во Вселенной, по массе превышающие Солнце, но уплотненные в относительно маленькую сферу.

Каков размер нейтронных звезд? Предыдущие оценки радиуса варьировались от восьми до шестнадцати километров. Астрофизикам из Университета Гете во Франкфурте (Германия) удалось определить размер нейтронных звезд с точностью до 1,5 километров с помощью сложного статистического подхода, основанного на измерении гравитационных волн. Отчет исследователей представлен в Physical Review Letters.

Нейтронные звезды – самые плотные объекты во Вселенной с массой, превышающей Солнце, но уплотненные в относительно маленькую сферу. Уже более 40 лет определение размеров нейтронных звезд является Святым Граалем ядерной физики, находка которого предоставит важную информацию о фундаментальном поведении ядерных плотностей.

Данные об обнаружении гравитационных волн от слияния нейтронных звезд (GW170817) вносят важный вклад в решение этой головоломки. В конце 2017 года профессор Лучиано Реццолла вместе со своими учениками Элиасом Мостом и Лукасом Вейхом уже использовали их, чтобы ответить на давний вопрос о максимальной массе, которую могут иметь нейтронные звезды перед тем, как коллапсировать в черную дыру. После первого важного результата эта же команда с помощью профессора Юргена Шаффнера-Белича приступила к установке более жестких ограничений на размер нейтронных звезд.

Суть в том, что уравнение состояния, которое описывает вещество внутри нейтронных звезд, неизвестно. Физики выбрали статистические методы для определения размеров нейтронных звезд в узких пределах. Они рассчитали более двух миллиардов теоретических моделей, решив для них уравнение Эйнштейна, и объединили этот большой набор данных с ограничениями, исходящими из обнаружения гравитационных волн GW170817.

В результате исследователи определили радиус типичной нейтронной звезды в пределах разницы 1,5 километров: он составляет от 12 до 13,5 километров, что может быть дополнительно уточнено будущими обнаружениями гравитационных волн.

«Тем не менее, у задачи могло быть не одно решение», – комментирует Юрген Шаффнер-Белич. Возможно, что при сверхвысоких плотностях вещество резко меняет свойства и приближается к так называемому «фазовому переходу». Это похоже на то, что происходит с водой, когда она замерзает и переходит из жидкого в твердое состояние. В случае нейтронных звезд этот переход предположительно превращает обычную материю в «кварковую», создавая звезды, которые будут иметь ту же массу, что и их «близнец» –  нейтронная звезда, но они будут намного меньше и, следовательно, еще более компактны.

Хотя нет доказательств их существования, они могут быть правдоподобным решением, и исследователи из Франкфурта учли эту возможность, несмотря на дополнительные осложнения. Усилие оправдалось: звезды-близнецы оказались статистически маловероятны. Это важный вывод, который теперь позволяет ученым потенциально исключить существование этих очень компактных объектов. Будущие наблюдения гравитационных волн покажут, имеют ли нейтронные звезды экзотических близнецов.

Арина Васильева
редактор-переводчик
Читайте и распечатывайте последние новости астрономии, космоса и космонавтики на сайте https://in-space.ru
Наверх