|
Звук, испускаемый столкновениями нейтронных звезд
|
|
|
|
Ученые из Франкфуртского университета имени Гете нашли новый способ исследовать внутреннее пространство нейтронных звезд, используя гравитационные волны от их столкновений. Проанализировав фазу "долгого гудка" — сигнал с чистым тоном, испускаемый остатком после слияния, - они обнаружили сильную корреляцию между свойствами сигнала и уравнением состояния вещества нейтронной звезды. Их результаты были недавно опубликованы в Nature Communications.
|
|
|
|
Нейтронные звезды, масса которых превышает массу всей Солнечной системы, заключенные в почти идеальную сферу диаметром всего в десяток километров, являются одними из самых интересных астрофизических объектов, известных человечеству. Однако экстремальные условия в их недрах делают их состав и структуру крайне неопределенными.
|
|
|
|
Столкновение двух нейтронных звезд, подобное тому, которое наблюдалось в 2017 году, предоставляет уникальную возможность раскрыть эти тайны. Поскольку двойные нейтронные звезды вращаются миллионы лет, они испускают гравитационные волны, но самое интенсивное излучение происходит всего через миллисекунды после момента слияния.
|
|
|
|
Остаток после слияния - массивный, быстро вращающийся объект, образовавшийся в результате столкновения, — излучает гравитационные волны в мощном, но узком диапазоне частот. Этот сигнал содержит важнейшую информацию о так называемом "уравнении состояния" ядерной материи, которое описывает, как вещество ведет себя при экстремальных плотностях и давлениях.
|
|
|
|
|
|
|
Профессор Группа Лучано Реццоллы из Франкфуртского университета имени Гете обнаружила, что, хотя амплитуда гравитационно-волнового сигнала после слияния со временем уменьшается, он становится все более "чистым" - стремится к одной частоте, подобно гигантскому камертону, резонирующему после удара.
|
|
|
|
Они назвали эту фазу "длительным замыканием" и выявили тесную связь между ее уникальными характеристиками и свойствами наиболее плотных областей в ядрах нейтронных звезд.
|
|
|
|
"Точно так же, как камертоны из разных материалов будут иметь разные чистые тона, остатки, описываемые разными уравнениями состояния, будут звучать на разных частотах. Таким образом, обнаружение этого сигнала может помочь выяснить, из чего состоят нейтронные звезды", - говорит Реццолла.
|
|
|
|
"Я особенно горжусь этой работой, поскольку она является образцовым свидетельством превосходства ученых из Франкфурта и Дармштадта в изучении нейтронных звезд, которые были в центре внимания Гессенского исследовательского кластера ELEMENTS".
|
|
|
|
Используя передовое общее релятивистское моделирование слияния нейтронных звезд с тщательно составленными уравнениями состояния, исследователи продемонстрировали, что анализ длительного замыкания может значительно уменьшить неопределенности в уравнении состояния при очень высоких плотностях, где в настоящее время нет прямых ограничений.
|
|
|
|
"Благодаря достижениям в области статистического моделирования и высокоточной симуляции на самых мощных суперкомпьютерах Германии мы обнаружили новую фазу длительного цикла слияния нейтронных звезд, - говорит доктор Кристиан Экер, первый автор исследования. - Это может привести к новым и жестким ограничениям для государства". из вещества нейтронных звезд. Это открытие прокладывает путь к лучшему пониманию плотного вещества нейтронных звезд, особенно с учетом того, что в будущем будут наблюдаться новые события".
|
|
|
|
Соавтор исследования доктор Тайлер Горда добавляет: "Грамотно подобрав несколько уравнений состояния, мы смогли эффективно смоделировать результаты полного статистического ансамбля моделей материи со значительно меньшими усилиями. Это не только сокращает время работы компьютера и энергопотребление, но и дает нам уверенность в том, что наши результаты надежны и будут применимы к любому уравнению состояния, которое на самом деле встречается в природе".
|
|
|
|
Хотя современные детекторы гравитационных волн еще не зафиксировали сигнал после слияния, ученые с оптимизмом смотрят на то, что детекторы следующего поколения, такие как телескоп Эйнштейна, который, как ожидается, заработает в Европе в течение следующего десятилетия, сделают возможным это долгожданное обнаружение. Когда это произойдет, аппарат long ringdown послужит мощным инструментом для исследования загадочных недр нейтронных звезд и раскроет секреты материи в ее самом экстремальном проявлении.
|
|
|
|
Источник
|
