Ученые достигли наилучших результатов измерения размера и содержания нейтронной звезды, сверхплотного объекта, содержащего самую странную и редкую материю во Вселенной.
Это измерение может привести к лучшему пониманию природных строительных блоков - протонов, нейтронов и составляющих их кварков - поскольку они сжимаются внутри нейтронной звезды до плотности, которая в триллионы раз больше, чем на Земле.
Доктор Тод Строхмайер из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и его коллега Адам Вильярреал, аспирант Университета Аризоны, представляют эти результаты сегодня во время пресс-конференции в Новом Орлеане на веб-сайте, на встрече Отдел астрофизики высоких энергий Американского астрономического общества.
Они сказали, что их лучшая оценка радиуса нейтронной звезды - 7 миль (11,5 км), плюс или минус прогулка по французскому кварталу. Масса, по-видимому, в 1,75 раза больше массы Солнца, более массивной, чем предсказывают некоторые теории. Они сделали свои измерения с помощью Rossi XS Timber Explorer NASA и архивировали рентгеновские данные.
Долгожданное соотношение массы и радиуса определяет соотношение внутренней плотности и давления нейтронной звезды, так называемое уравнение состояния. А это, в свою очередь, определяет, какая материя может существовать внутри нейтронной звезды. Содержание предлагает решающий тест для теорий, описывающих фундаментальную природу материи и энергии и силу ядерных взаимодействий.
«Нам бы очень хотелось, чтобы в наших руках оказался материал в центре нейтронной звезды», - сказал Штромайер. «Но поскольку мы не можем этого сделать, речь идет о следующей лучшей вещи. Нейтронная звезда - это космическая лаборатория, которая дает единственную возможность увидеть влияние вещества, сжатого до такой степени ».
Нейтронная звезда - это ядро звезды, которая когда-то была больше Солнца. Внутри находится вещество под действием сил, которые, возможно, существовали в момент Большого взрыва, но которые невозможно воспроизвести на Земле. Нейтронная звезда в сегодняшнем объявлении является частью двойной системы звезд, названной EXO 0748-676, расположенной в созвездии Воланов, или Летучей Рыбе, на расстоянии около 30 000 световых лет, видимой в южном небе с помощью большого телескопа на заднем дворе.
В этой системе газ из «нормальной» звезды-компаньона падает на нейтронную звезду, притягиваемую гравитацией. Это вызывает термоядерные взрывы на поверхности нейтронной звезды, которые освещают область. Такие вспышки часто показывают скорость вращения нейтронной звезды через мерцание испускаемого рентгеновского света, называемое колебанием вспышки. (Обратитесь к пунктам 1 - 6 для представления художника об этом процессе. Фильм и подробный заголовок можно найти в синей колонке справа.)
Ученые обнаружили частоту колебаний 45 Гц, что соответствует скорости вращения нейтронной звезды 45 раз в секунду. Это неспешный темп для нейтронных звезд, которые часто вращаются более 300 раз в секунду.
Затем ученые извлекли выгоду из наблюдений EXO 0748-676 на спутнике XMM-Ньютон Европейского космического агентства с 2002 года под руководством доктора Джин Коттам из НАСА Годдарда. Команда Коттама обнаружила спектральные линии, испускаемые горячим газом, похожие на линии кардиограммы. Эти линии имели две особенности. Сначала они были доплеровскими смещенными. Это означает, что обнаруженная энергия была средней величиной света, вращающегося вокруг нейтронной звезды, уходящего от нас и затем к нам. Во-вторых, линии были гравитационно смещены в красную сторону. Это означает, что гравитация притягивала свет, когда он пытался вырваться из региона, украв немного его энергии.
Штромайер и Вильярреал определили, что частота 45 Гц и наблюдаемая ширина линии от доплеровского сдвига согласуются с радиусом нейтронной звезды от 9,5 до 15 километров, с наилучшей оценкой в 11,5 километров. Соотношение между частотой вспышки, доплеровским смещением и радиусом состоит в том, что скорость газа, циркулирующего вокруг поверхности звезды, зависит от радиуса звезды и скорости ее вращения. По сути, более быстрое вращение соответствует более широкой спектральной линии (метод, подобный тому, как государственный солдат может обнаруживать ускоряющиеся автомобили).
Измерение гравитационного красного смещения команды Коттама предложило первую меру отношения массы к радиусу, хотя и без знания массы и радиуса. Это потому, что степень красного смещения (сила тяжести) зависит от массы и радиуса нейтронной звезды. Некоторые ученые подвергли сомнению это измерение, поскольку обнаруженные спектральные линии казались слишком узкими. Новые результаты усиливают интерпретацию гравитационного красного смещения спектральных линий команды Коттама (и, следовательно, отношения массового радиуса), потому что звезда с более медленным вращением может легко создавать такие относительно узкие линии.
Таким образом, будучи еще более уверенными в отношении массы к радиусу и теперь зная радиус, ученые могли рассчитать массу нейтронной звезды. Значение было между 1,5 и 2,3 солнечными массами, с наилучшей оценкой в 1,75 солнечных масс.
Результат подтверждает теорию о том, что вещество в нейтронной звезде в EXO 0748-676 упаковано настолько плотно, что почти все протоны и электроны сжаты в нейтроны, которые циркулируют как сверхтекучая жидкость, которая течет без трения. Тем не менее, дело не настолько плотно упаковано, что освобождаются кварки, так называемая кварковая звезда.
«Наши результаты действительно начинают давить на уравнение состояния нейтронной звезды», - сказал Вильяреал. «Похоже, уравнения состояния, которые предсказывают либо очень большие, либо очень маленькие звезды, почти исключены. Возможно, более захватывающим является то, что теперь у нас есть метод наблюдения, который должен позволить нам измерить отношения массового радиуса в других нейтронных звездах ».
Предлагаемая миссия НАСА под названием «Рентгеновская обсерватория Созвездия» будет иметь возможность проводить такие измерения, но с гораздо большей точностью, для ряда систем нейтронных звезд.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
