|
Насколько тяжёлой может быть нейтронная звезда
|
|
|
|
Физика нейтронных звёзд настолько фантастична, что в это трудно поверить: объект весом с два Солнца, сжатый до сферы размером с город. Каждая чайная ложка его вещества весила бы миллиарды тонн. Если вы читали на эту тему, вы уже слышали эти факты. Но, несмотря на огромный интерес к этим экстремальным объектам, мы всё ещё активно изучаем их. Один из наиболее актуальных нерешённых вопросов — где проходит граница между превращением в нейтронную звезду и превращением в чёрную дыру после смерти звезды.
|
|
|
|
В новой статье исследователи из Венгерского научно-исследовательского центра физики им. Вигнера (HUN-REN) описывают то, что, по их мнению, является окончательным ответом на этот вопрос — от 2,2 до 2,3 солнечных масс. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Однако для достижения этого вывода потребовалось множество расчётов и предположений. Физические процессы, лежащие в основе нейтронных звезд, регулируются сводом правил, называемым уравнением состояния — по сути, сводом правил, описывающим поведение материи под воздействием этих абсурдных давлений. Но поскольку мы не можем активно собирать образцы нейтронных звезд для изучения, этот свод правил в основном определяется моделями. Авторы использовали две модели с несколько различающимися свойствами для разработки своей оценки.
|
|
|
|
Во-первых, модель SFHo определяет нейтронную звезду, состоящую из «более мягкой», более сжимаемой ядерной материи. Такие звезды обладают большей гибкостью и, следовательно, не обладают жесткостью своих более жестких аналогов. Модель DD2 моделирует материал нейтронных звезд как более прочный и устойчивый. Она в основном предназначена для использования в «больших» звездах, но любая из моделей может быть использована для нейтронных звезд любого размера, по крайней мере, теоретически.
|
|
|
|
|
|
|
Однако, чтобы убедиться, что скорость звука в этом материале не превысит скорость света (и, следовательно, не нарушит законы физики), авторы вручную заставили модели соответствовать результатам моделей, использующих пертурбативную квантовую хромодинамику (pQCD).
|
|
|
|
После разработки своей модели авторы протестировали её на различных данных и сигналах с разных телескопов. Они сравнили её с результатами исследования горячих точек на поверхностях вращающихся пульсаров с помощью телескопа NICER (Neutron Star Interior Composition ExploreR), что позволило дополнительно уточнить модели.
|
|
|
|
Затем они обновили модели на основе данных о «мягкости» (smushness) из данных о гравитационных волнах GW170817, первого известного слияния двух нейтронных звёзд.
|
|
|
|
Оказалось, что с учётом обновлений из этих двух источников данных обе модели сошлись практически на одном и том же значении — где-то между 2,2 и 2,3 солнечными массами. Однако это оставило открытым вопрос о фактическом размере этих гигантов. Их физические размеры несколько различаются в зависимости от выбранной исходной модели, но общее мнение состоит в том, что их радиус составляет около 12 км.
|
|
|
|
Тем не менее, остаются несколько странных объектов, которые слишком велики, чтобы соответствовать этому критерию, но и не являются чёрными дырами. Например, объект GW190814 весит 2,59 солнечных масс.
|
|
|
|
Если предположить, что этот объект является нейтронной звездой, это полностью нарушит модель DD2, поскольку материал, поддерживающий такой размер, не сможет быть достаточно деформируемым, чтобы соответствовать требованиям, установленным данными, собранными во время слияния GW170817.
|
|
|
|
Результаты убедительно свидетельствуют о том, что GW190814, а также другой объект с «разницей в размерах», HESS J1731-347, на самом деле являются черными дырами, а не нейтронными звездами. Они также дают окончательный ответ на уравнения Толмана-Оппенгеймера-Волкоффа (TOV), которые первоначально использовались для описания нейтронных звезд еще в 1939 году.
|
|
|
|
Благодаря точному определению массы и хорошим оценкам физического размера, эта новая статья дает много информации о внутреннем устройстве некоторых странных объектов Вселенной — даже если мы никогда не сможем физически увидеть это внутреннее устройство сами.
|
|
|
|
Источник
|
