14.7K
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.