Новый инструмент позволит ученым заглянуть внутрь нейтронных звезд

Ученые предложили учитывать еще один параметр при обработке гравитационно-волновых данных, полученных от слияний нейтронных звезд.

Об этом рассказывают в Институте перспективных исследований (IAS), передают OstanniPodii.com.

Представьте себе звезду, масса которой вдвое превышает массу Солнца, и сожмите ее до 1/10 размера Киева. В результате получится нейтронная звезда — один из самых плотных объектов во Вселенной, плотность которого в десятки триллионов раз превышает плотность любого материала, встречающегося в природе на Земле. Нейтронные звезды и так являются необычными астрофизическими объектами, но их экстремальная плотность может также дать им возможность функционировать в качестве лабораторий для изучения фундаментальных вопросов ядерной физики в условиях, которые никогда не могут быть воспроизведены на Земле.

Из-за этих экзотических условий ученые до сих пор не понимают, из чего именно состоят нейтронные звезды, их так называемое "уравнение состояния" (EoS). Определение этого — главная цель современных астрофизических исследований. Новый фрагмент головоломки, ограничивающий диапазон возможностей, был обнаружен парой ученых из IAS: Каролин Райтел, которая является стипендиаткой программы имени Джона Баколла в Школе естественных наук, и Элиасом Мостом — членом Школы и стипендиатом программы Джона Уилера в Принстонском университете. Их работа недавно опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

В идеале ученые хотели бы заглянуть внутрь этих экзотических объектов, но они слишком малы и далеки, чтобы их можно было увидеть с помощью стандартных телескопов. Вместо этого ученые полагаются на косвенные свойства, которые они могут измерить, например массу и радиус нейтронной звезды, чтобы рассчитать EoS, подобно тому, как можно использовать длину двух сторон прямоугольного треугольника, чтобы вычислить его гипотенузу. Однако радиус нейтронной звезды точно измерить очень трудно. Одна из перспективных альтернатив для будущих наблюдений — использовать вместо него величину, называемую "пиковой спектральной частотой" (или f₂).

Новости по подобной теме:

		Астрономы обнаружили "спокойные и темные" нейтронные звезды, которые вращаются вокруг похожих на Солнце звезд
		В нашей галактике найден таинственный объект, который может быть самой легкой черной дырой, или самой тяжелой нейтронной звездой
		Получены новые доказательства наличия ядер из кварковой материи в массивных нейтронных звездах

Но как измеряется f₂? Столкновения между нейтронными звездами, которые подчиняются законам теории относительности Эйнштейна, приводят к сильным всплескам излучения гравитационных волн. В 2017 году ученые впервые непосредственно измерили такие излучения. «По крайней мере, в принципе, пиковую спектральную частоту можно вычислить по гравитационно-волновому сигналу, излучаемому колеблющимся остатком двух слившихся нейтронных звезд», - говорит Мост.

Ранее предполагалось, что f₂ будет резонно представлять радиус, поскольку до сих пор исследователи 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 похоже на вычисление самой длинной стороны неправильного треугольника, где также требуется третья информация: угол между двумя короткими сторонами. Для Райтел и Моста эта третья часть информации - "наклон зависимости масса-радиус", содержащий информацию о EoS при более высоких плотностях (а следовательно, при более экстремальных условиях), чем только радиус.

Это новое открытие позволит исследователям, работающим со следующим поколением гравитационно-волновых обсерваторий (преемников текущего LIGO), лучше использовать данные, полученные после слияний нейтронных звезд. По словам Райтел, эти данные могут раскрыть фундаментальные составляющие материи нейтронных звезд. «Некоторые теоретические предсказания предполагают, что в пределах ядер нейтронных звезд фазовые переходы могут растворять нейтроны в субатомные частицы, называемые кварками», - заявила Райтел. «Это означало бы, что звезды содержат море свободной кварковой материи в своих внутренностях. Наша работа может помочь исследователям завтрашнего дня определить, происходят ли такие фазовые переходы на самом деле».

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

• Нейтронные звезды