Насколько большими могут быть нейтронные звезды?.

83

(Чтобы не читать статью — можете посмотреть видео)

Более ранние оценки размеров нейтронных звезд колебались от восьми до 16 километров. Теперь исследователи, использующие сложный статистический подход, основанный на измерениях гравитационных волн, пересмотрели размер звезд с точностью до 1,5 километров.

Нейтронные звезды — самые плотные объекты во вселенной. Относительно маленькая сфера с диаметром, сопоставимым с городом Франкфуртом, может иметь массу, превышающую массу нашего Солнца. Однако это только приблизительные оценки.

Более 40 лет определяющим размер нейтронных звезд был Святой Грааль в ядерной физике, решение которого позволило бы получить важную информацию об основном поведении вещества в атомных ядрах.

Результаты исследований астрофизиков из Университета им. Гёте во Франкфурте и FIAS появились на страницах « Physical Review Letters ».

Данные по обнаружению гравитационных волн от сливающихся нейтронных звезд (GW170817) внесли значительный вклад в решение этой загадки. В конце 2017 года профессор Лучано Реццолла из Института теоретической физики при Университете Гете и его ученики использовали эти данные, чтобы ответить на вопрос о максимальной массе, которую могут выдержать нейтронные звезды, прежде чем они упадут в черную дыру. Их результаты были подтверждены другими исследовательскими группами со всего мира.

Эта же команда с помощью профессора Юргена Шаффнера-Белиха работала над установлением более строгих ограничений на размер нейтронных звезд. Физики выбрали статистические методы для определения размера этих звезд.

Чтобы установить новые границы, они рассчитали более двух миллиардов теоретических моделей нейтронных звезд, решив уравнения Эйнштейна, описывающие баланс этих релятивистских звезд, и объединили этот большой набор данных с ограничениями обнаружения гравитационных волн GW170817. Подробнее об обнаружении сигнала под названием GW170817 можно прочитать в тексте: Гравитационные волны от столкновения нейтронных звезд. Первое такое обнаружение в истории .

— Такой подход не является необычным в теоретической физике. Анализируя результаты для всех возможных значений, мы можем эффективно уменьшить нашу неопределенность, — сказал Реццолла. В результате ученым удалось определить радиус типичной нейтронной звезды с точностью до 1,5 километра. По их мнению, он колеблется от 12 до 13,5 километров.

При сверхвысоких плотностях вещество резко меняет свои свойства и претерпевает так называемое «изменение фазы». Это похоже на то, что происходит с водой, когда она замерзает и переходит из жидкого состояния в твердое состояние. Предполагается, что в случае нейтронных звезд такое преобразование превращает обычную материю в так называемую материя кварка, производящая звезды, которые будут иметь точно такую ​​же массу, что и их нейтронные звезды-близнецы, но они будут намного меньше и, следовательно, более компактны.

Хотя нет никаких доказательств таких звезд, они, вероятно, являются решениями, и ученые во Франкфурте приняли эту возможность во внимание, несмотря на дополнительные сложности, которые предлагают такие звезды. Расчеты показывают, что если они действительно существуют, они очень редки. Это открытие позволяет ученым потенциально исключить существование таких маленьких объектов. Будущие наблюдения гравитационных волн покажут, есть ли у нейтронных звезд экзотические близнецы.

Источник: Университет Гете, Франкфурт-на-Майне , фото: GeoBasis-DE / BKG (2009). Google