Физики измерили вес нейтронной звезды

Нейтронные звезды — одни из самых экстремальных объектов во Вселенной. Представьте себе массу двух Солнц, сжатую до размеров обычного города. Каждая чайная ложка вещества такой звезды весила бы миллиарды тонн. И при этом многие тайны нейтронных звезд до сих пор остаются неразгаданными.

Нейтронные звезды по праву считаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной.

Источник: ESO

Один из ключевых вопросов звучит так: где проходит граница между нейтронной звездой и черной дырой? Когда умирающая звезда коллапсирует, что определяет ее конечную судьбу — объект, в который она в итоге превратится? Специалисты венгерского Центра физических исследований Вигнера считают, что нашли четкий ответ на этот вопрос — эта граница проходит между 2,2 и 2,3 массами Солнца.

К такому выводу ученые пришли после серьезных расчетов и моделирования. Физика нейтронных звезд описывается так называемым уравнением состояния — своеобразным сводом правил, объясняющих поведение материи под чудовищным давлением. Поскольку получить образец вещества нейтронной звезды для изучения невозможно, это уравнение строится на основе теоретических моделей. Авторы работы использовали две модели с разными свойствами: SFHo описывает нейтронные звезды из более «мягкой», сжимаемой ядерной материи, а DD2 моделирует более жесткое и устойчивое вещество.

Чтобы убедиться, что скорость звука в этом материале не превысит скорость света (что нарушило бы законы физики), физики скорректировали модели с учетом квантовой хромодинамики. Затем они проверили свои расчеты по реальным данным: наблюдениям горячих пятен на поверхности вращающихся пульсаров с телескопа NICER и данным о гравитационных волнах от слияния двух нейтронных звезд, зафиксированного в 2017 году под обозначением GW170817.

То, в какой объект превратится звезда при коллапсе — в нейтронную звезду, или в черную дыру — зависит от изначальной массы объекта.

Источник: Unsplash

После обновления на основе этих наблюдений обе модели сошлись практически на одном и том же числе — от 2,2 до 2,3 солнечных масс. Радиус таких объектов составляет около 12 километров. Звезды тяжелее этой массы становятся при коллапсе черными дырами, легче — нейтронными звездами.

Интересно, что эти результаты проясняют природу некоторых загадочных объектов. Например, объект GW190814 массой 2,59 солнечных масс слишком тяжел, чтобы быть нейтронной звездой по новым критериям. Исследование убедительно показывает, что он, как и похожий объект HESS J1731−347, на самом деле является черной дырой.

Тем самым работа дает конкретный численный ответ для максимальной массы, заложенной еще в уравнениях Толмена — Оппенгеймера — Волкова 1939 года, и позволяет лучше понять внутреннее устройство одних из самых экстремальных объектов во Вселенной — даже если заглянуть внутрь нейтронной звезды нам, скорее всего, так и не удастся.

Ранее потрясающее фото галактики-кальмара показало всю мощь сверхмассивной черной дыры.