Насколько велика нейтронная звезда? Эти крайние, сверхплотные свернутые звезды довольно малы, что касается звездных объектов. В течение многих лет астрономы привязывали нейтронные звезды где-то между 19-27 км (12-17 миль) в поперечнике. Это на самом деле довольно точно, учитывая расстояния и характеристики нейтронных звезд. Но астрономы работали, чтобы сузить это до четного Больше точное измерение.
Международная команда исследователей сейчас сделала именно это. Используя данные нескольких разных телескопов и обсерваторий, сотрудники Института гравитационной физики Макса Планка и Института Альберта Эйнштейна (AEI) сузили оценки размеров нейтронных звезд в два раза.
«Мы находим, что типичная нейтронная звезда, которая примерно в 1,4 раза тяжелее нашего Солнца, имеет радиус около 11 километров», - сказал Бадри Кришнан, который возглавлял исследовательскую группу в AEI Ганновер. «Наши результаты ограничивают радиус, вероятно, где-то между 10,4 и 11,9 километрами».
Это составляет от 20,8 до 23,8 км (13-14,8 миль) в диаметре.
Объект исследования этой команды довольно известен: слияние двойной нейтронной звезды GW170817, которое создало гравитационные волны, обнаруженные в 2017 году LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационная волновая обсерватория) и консорциумом Virgo. Этот объект неоднократно изучался несколькими телескопами, включая спутник Ферми, космический телескоп Хаббла и другие телескопы и обсерватории по всему миру. Все эти наблюдения дали команде Макса Планка кучу данных для работы.
«Слияние двоичных нейтронных звезд - золотой рудник информации!» сказал Коллин Капано, исследователь в AEI Ганновер и ведущий автор статьи, опубликованной в Nature Astronomy. «Нейтронные звезды содержат самую плотную материю в наблюдаемой вселенной. … Измеряя свойства этих объектов, мы узнаем о фундаментальной физике, которая управляет материей на субатомном уровне ».
Нейтронные звезды образуются, когда у массивной звезды заканчивается топливо и происходит коллапс. Самая центральная область звезды - ядро - разрушается, превращая каждый протон и электрон в нейтрон. Если ядро коллапсирующей звезды находится между 1 и 3 солнечными массами, эти вновь созданные нейтроны могут остановить коллапс, оставив позади нейтронную звезду.
Звезды с еще более высокими массами будут продолжать разрушаться в черные дыры звездной массы.
Но коллапс в нейтронную звезду создает самый плотный из известных объектов - опять же, объект с массой солнца, раздавленной до размеров города. Возможно, вы уже слышали это другое сравнение раньше, но стоит повторить его, потому что это очень драматично: один кусочек сахара из нейтронной звезды будет весить на Земле около 1 триллиона килограммов (или 1 миллиард тонн) - примерно столько же, сколько гора. Эверест.
Исследовательская группа использовала модель, основанную на фундаментальном понимании того, как субатомные частицы взаимодействуют при высоких плотностях, обнаруженных внутри нейтронных звезд.
Но так как размеры других звезд могут широко варьироваться, разве размеры нейтронных звезд также не могут изменяться?
Во-первых, чтобы уточнить, радиус, указанный в этом исследовании, предназначен для нейтронной звезды, масса которой в 1,4 раза больше массы нашего Солнца.
«Это проверенная масса, которая обычно используется в литературе, потому что почти все нейтронные звезды, которые были обнаружены в двоичной системе, имеют массу, близкую к этому значению», - сказал Капано в интервью журналу Space Magazine. «Причина, по которой мы можем использовать GW170817 для оценки радиуса нейтронной звезды солнечной массы 1,4, заключается в том, что мы ожидаем, что почти все нейтронные звезды будут сделаны из одного материала».
Капано объяснил, что для других «обычных» звезд соотношение между их массой и радиусом зависит от ряда переменных, таких как элемент, который звезда сливает в своем ядре.
«Нейтронные звезды, с другой стороны, настолько компактны и плотны, что в них нет действительно отдельных атомов - вся звезда в основном представляет собой гигантское единое атомное ядро, состоящее почти полностью из нейтронов, плотно упакованных вместе», - сказал он. «По этой причине вы не можете думать, что нейтронные звезды состоят из, возможно, разных элементов. Действительно, «элемент» на самом деле не имеет никакого значения при этих плотностях, поскольку то, что определяет элемент, - это число протонов, которые он имеет в своих составляющих атомах ».
Капано сказал, что, поскольку все нейтроны состоят из одних и тех же вещей (кварков, скрепленных глюонами), астрономы ожидают универсального отображения между массой и радиусом, которое применяется ко всем нейтронным звездам.
«Итак, когда мы указываем возможный размер 1,4-солнечной массы нейтронной звезды, мы фактически ограничиваем возможные физические законы, которые описывают субатомный мир», - сказал он.
Как описывает команда в своей статье, их результаты и процессы могут также применяться для изучения других астрономических объектов, таких как пульсары, магнитары, и даже того, как излучаются гравитационные волны, чтобы получить подробную информацию о том, что создает эти волны.
«Эти результаты впечатляют не только потому, что мы смогли значительно улучшить измерения радиусов нейтронных звезд, но и потому, что они дают нам представление о судьбе нейтронных звезд в сливающихся двойных системах», - сказала Стефани Браун, соавтор публикации. и аспирант в AEI Ганновер.
Больше:
Статья: Строгие ограничения на радиусы нейтронных звезд из наблюдений нескольких посланников и ядерной теории
Пресс-релиз Института Макса Планка
