Наскільки великими можуть бути нейтронні зірки?.

135

(Щоб не читати статтю – можете подивитися відео)

Більш ранні оцінки розмірів нейтронних зірок коливалися від восьми до 16 кілометрів. Тепер дослідники, які використовують складний статистичний підхід, заснований на вимірах гравітаційних хвиль, переглянули розмір зірок з точністю до 1,5 кілометрів.

Нейтронні зірки – самі щільні об’єкти у всесвіті. Відносно маленька сфера з діаметром, порівнянним з містом Франкфуртом, може мати масу, що перевищує масу нашого Сонця. Однак це лише приблизні оцінки.

Більше 40 років визначальним розмір нейтронних зірок був Святий Грааль в ядерній фізиці, вирішення якого дозволило б отримати важливу інформацію про основному поведінці речовини в атомних ядрах.

Результати досліджень астрофізиків з Університету їм. Гете у Франкфурті і FIAS з’явилися на сторінках « Physical Review Letters ».

Дані з виявлення гравітаційних хвиль від зливаються нейтронних зірок (GW170817) внесли значний вклад у вирішення цієї загадки. В кінці 2017 року професор Лучано Реццолла з Інституту теоретичної фізики при Університеті Гете і його учні використовували ці дані, щоб відповісти на питання про максимальній масі, яку можуть витримати нейтронні зірки, перш ніж вони впадуть в чорну діру. Їх результати були підтверджені іншими дослідницькими групами з усього світу.

Ця ж команда з допомогою професора Юргена Шаффнера-Белиха працювала над встановленням більш суворих обмежень на розмір нейтронних зірок. Фізики вибрали статистичні методи для визначення розміру цих зірок.

Щоб встановити нові кордони, вони розрахували більше двох мільярдів теоретичних моделей нейтронних зірок, вирішивши рівняння Ейнштейна, що описують баланс цих релятивістських зірок, і об’єднали цей великий набір даних з обмеженнями виявлення гравітаційних хвиль GW170817. Детальніше про виявлення сигналу під назвою GW170817 можна прочитати в тексті: Гравітаційні хвилі від зіткнення нейтронних зірок. Перше таке виявлення в історії .

– Такий підхід не є незвичайним в теоретичній фізиці. Аналізуючи результати для всіх можливих значень, ми можемо ефективно зменшити нашу невизначеність, – сказав Реццолла. В результаті ученим вдалося визначити радіус типовою нейтронної зірки з точністю до 1,5 кілометра. На їхню думку, він коливається від 12 до 13,5 кілометрів.

При надвисоких густинах речовина різко змінює свої властивості та зазнає так зване «зміна фази». Це схоже на те, що відбувається з водою, коли вона замерзає і переходить з рідкого стану в твердий стан. Передбачається, що в разі нейтронних зірок таке перетворення перетворює звичайну матерію в так звану матерія кварка, що виробляє зірки, які будуть мати таку ж масу, що і їх нейтронні зірки-близнюки, але вони будуть набагато менше і, отже, більш компактні.

Хоча немає жодних доказів таких зірок, вони, ймовірно, є рішеннями, і вчені у Франкфурті прийняли цю можливість під увагу, незважаючи на додаткові складності, які пропонують такі зірки. Розрахунки показують, що якщо вони дійсно існують, вони дуже рідкісні. Це відкриття дозволяє вченим потенційно виключити існування таких маленьких об’єктів. Майбутні спостереження гравітаційних хвиль покажуть, чи є у нейтронних зірок екзотичні близнюки.

Джерело: Університет Гете, Франкфурт-на-Майні , фото: GeoBasis-DE / BKG (2009). Google