Новий інструмент дозволить вченим зазирнути всередину нейтронних зірок
Вчені запропонували враховувати ще один параметр при обчисленні гравітаційно-хвильових даних, отриманих від злиттів нейтронних зірок.
Про це розповідають в Інституті перспективних досліджень (IAS), передають OstanniPodii.com.
Уявіть собі зірку, маса якої вдвічі перевищує масу Сонця, і зчавіть її до 1/10 розміру Києва. У результаті вийде нейтронна зоря — один з найщільніших об'єктів у Всесвіті, щільність якого у десятки трильйонів разів перевищує щільність будь-якого матеріалу, що зустрічається в природі на Землі. Нейтронні зорі й так є незвичайними астрофізичними об'єктами, але їхня екстремальна щільність може також дати їм змогу функціонувати у якості лабораторій для вивчення фундаментальних питань ядерної фізики в умовах, які ніколи не можуть бути відтворені на Землі.
Через ці екзотичні умови вчені досі не розуміють, з чого саме складаються нейтронні зорі, їхнє так зване "рівняння стану" (EoS). Визначення цього — головна мета сучасних астрофізичних досліджень. Новий фрагмент головоломки, що обмежує діапазон можливостей, було виявлено парою вчених з IAS: Каролін Райтел, яка є стипендіаткою програми імені Джона Баколла в Школі природничих наук, та Еліасом Мостом — членом Школи й стипендіатом програми Джона Вілера в Принстонському університеті. Їхню роботу нещодавно опубліковано в журналі The Astrophysical Journal Letters.
В ідеалі вчені хотіли б зазирнути всередину цих екзотичних об'єктів, але вони занадто малі й далекі, щоб їх можна було побачити за допомогою стандартних телескопів. Замість цього вчені покладаються на непрямі властивості, які вони можуть виміряти, наприклад масу та радіус нейтронної зірки, щоб розрахувати EoS, подібно до того, як можна використовувати довжину двох сторін прямокутного трикутника, щоб обчислити його гіпотенузу. Однак радіус нейтронної зірки точно виміряти дуже важко. Одна з перспективних альтернатив для майбутніх спостережень — використовувати замість нього величину, звану "піковою спектральною частотою" (або f2).
Але як вимірюється f2? Зіткнення між нейтронними зорями, які підкоряються законам теорії відносності Ейнштейна, призводять до сильних сплесків випромінювання гравітаційних хвиль. У 2017 році вчені вперше безпосередньо виміряли такі випромінювання. “Принаймні, в принципі, пікову спектральну частоту можна обчислити за гравітаційно-хвильовим сигналом, який випромінює залишок двох злитих нейтронних зірок при своїх коливаннях”, - каже Мост.
Раніше передбачалося, що f2 буде резонно представляти радіус, оскільки досі дослідники вважали, що між ними існує пряма, або "квазіуніверсальна", відповідність. Однак Райтел і Мост продемонстрували, що це не завжди так. Вони показали, що визначення EoS не схоже на розв'язання простої задачі про гіпотенузу. Навпаки, це більше схоже на обчислення найдовшої сторони неправильного трикутника, де також потрібна третя інформація: кут між двома короткими сторонами. Для Райтел і Моста ця третя частина інформації — "нахил залежності маса-радіус", що містить інформацію про EoS за вищих густин (а отже, за екстремальніших умов), ніж тільки радіус.
Це нове відкриття дасть змогу дослідникам, які працюють з наступним поколінням гравітаційно-хвильових обсерваторій (наступників поточного LIGO), краще використовувати дані, отримані після злиттів нейтронних зірок. За словами Райтел, ці дані можуть розкрити фундаментальні складові матерії нейтронних зірок. “Деякі теоретичні передбачення припускають, що в межах ядер нейтронних зірок фазові переходи можуть розчиняти нейтрони у субатомні частинки, звані кварками”, - заявила Райтел. “Це означало б, що зорі містять море вільної кваркової матерії у своїх нутрощах. Наша робота може допомогти дослідникам завтрашнього дня визначити, чи відбуваються такі фазові переходи насправді”.
! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.