Космические шоколадные пралине? Раскрыта общая структура нейтронных звезд

Путем обширных модельных расчетов физики пришли к общим выводам о внутренней структуре нейтронных звезд, где материя достигает огромной плотности: в зависимости от массы эти звезды могут иметь ядро либо очень жесткое, либо очень мягкое.

Об этом рассказывают во Франкфуртском университете имени Гете, передают OstanniPodii.com.

До сих пор мало что известно о внутреннем строении нейтронных звезд, этих чрезвычайно компактных объектов, которые могут образовываться после смерти звезды. Масса нашего Солнца или даже больше сжимается в сферу диаметром с большой город. С момента их открытия более 60 лет назад ученые пытаются расшифровать их структуру.

Самой сложной задачей является моделирование экстремальных условий внутри нейтронных звезд, поскольку их вряд ли можно воспроизвести на Земле в лабораторных условиях. Поэтому существует множество моделей, в которых различные свойства — от плотности и температуры — описываются с помощью так называемых уравнений состояния. Эти уравнения пытаются описать структуру нейтронных звезд от поверхности звезды до внутреннего ядра.

Теперь физикам удалось добавить еще один важный фрагмент к этому пазлу. Рабочая группа под руководством профессора Лучано Реццолли из Института теоретической физики разработала более миллиона различных уравнений состояния, которые удовлетворяют ограничениям, накладываемым данными, полученными из теоретической ядерной физики, с одной стороны, и астрономическими наблюдениями — с другой. Их работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Оценивая уравнения состояния, рабочая группа сделала удивительное открытие: "легкие" нейтронные звезды (с массой менее 1,7 массы Солнца), похоже что, имеют мягкую мантию и жесткое ядро, тогда как "тяжелые" нейтронные звезды (с массой более 1,7 массы Солнца), наоборот, имеют жесткую мантию и мягкое ядро.

"Этот результат очень интересен, потому что он дает нам прямую меру того, насколько сжимаемым может быть центр нейтронных звезд", - говорит профессор Лучано Реццолла, - "Нейтронные звезды, очевидно, ведут себя несколько как шоколадные пралине: легкие звезды напоминают те шоколадные конфеты, в центре которых содержится лесной орех, окруженный мягким шоколадом, в то время как тяжелые звезды можно считать скорее похожими на те шоколадные конфеты, в которых твердый слой содержит мягкую начинку".

Решающее значение для этого понимания имела скорость звука — предмет изучения студента бакалавриата Синана Алтипармака. Эта величина описывает скорость распространения звуковых волн внутри объекта и зависит от того, насколько жесткой или мягкой является материя. Здесь, на Земле, скорость звука используется для изучения недр планеты и выявления нефтяных месторождений.

Моделируя уравнения состояния, физики также смогли обнаружить другие ранее непонятные свойства нейтронных звезд. Например, независимо от их массы, они, весьма вероятно, имеют радиус всего 12 км. Таким образом, они имеют такой же диаметр, как родной город Университета Гете — Франкфурт.

Автор исследования доктор Кристиан Эккер объясняет: "Наше обширное численное исследование позволяет не только сделать прогнозы для радиусов и максимальных масс нейтронных звезд, но и установить новые ограничения на их деформируемость в бинарных системах, то есть насколько сильно они искажают друг друга своими гравитационными полями. Эти выводы станут особенно важными для точного определения неизвестного уравнения состояния с помощью будущих астрономических наблюдений и обнаружения гравитационных волн от звезд при их слиянии".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.