Международная исследовательская группа во главе с сотрудниками Института гравитационной физики им. Макса Планка смогла усовершенствовать методику расчета размера нейтронных звезд. Для этого они внимательно изучили слияние нейтронной звезды GW170817. Результаты исследования предполагают, что типичный радиус нейтронной звезды достигает 11 километров. Кроме того, они также обнаружили, что нейтронная звезда в системе с черной дырой может быть поглощена ей при условии, что размеры черной дыры больше, и она вращается не быстро. Это означает, что подобные слияния могут быть источниками гравитационных волн, но при этом не могут быть обнаружены в электромагнитном спектре.
«Слияние нейтронных звезд в двойной системе – это настоящее сокровище для астрономов!», - говорит Коллин Капано, ведущий автор исследования. «Нейтронные звезды – это самый плотный объект в наблюдаемой Вселенной. Они настолько плотные, что, например, размер нейтронной звезды, полученной из Солнца, был бы всего несколько километров! Измеряя свойства этих объектов, мы узнаем о фундаментальной физике, которая управляет материей на субатомном уровне».
«Мы рассчитали, что размер типичной нейтронной звезды, масса которой превышает солнечную в 1.4 раза, составляет всего 11 километров», - добавил Бадри Кришнан, который возглавляет исследовательскую группу. «Наши результаты ограничивают радиус в пределах от 10,4 до 11,9 километров. Эти значения более чем в два раза точнее, чем давали предыдущие наблюдения».Визуализация процесса столкновения в системе GW170817. двух нейтронных. Видео: Chandra X-ray Observatory
Нейтронные звезды - компактные, чрезвычайно плотные остатки взрывов сверхновых. Имея размер небольшого города, их масса может превышать массу Солнца и как ведет себя столь плотная материя остается неизвестно. В лабораториях невозможно даже приблизиться к таким условиям. Ученые предлагают различные гипотезы, относительно того как ведет себя материя в нейтронной звезде, но доказать или опровергнуть их пока невозможно.
Слияние нейтронных звезд позволяет астрономам определить их фундаментальные параметры: массу, размер, орбиту. Так, наблюдая за слиянием нейтронных звезд GW170817 с помощью гравитационных волн и в электромагнитном спектре в августе 2017 года, астрономам удалось изучить поведение материи в экстремальных условиях.
«Это немного ошеломляет. GW170817 был вызван столкновением двух объектов размером с город 120 миллионов лет назад, когда по Земле гуляли динозавры. Это произошло в галактике, которая расположена на расстоянии миллиарда триллионов километров. И с такого расстояние мы изучаем поведение материи на субатомном уровне!», - сказал Капано.
Насколько большая нейтронная звезда?
Для первоначальной оценки размеров нейтронной звезды у исследователей было несколько различных моделей, которые могли описать состояния нейтронных звезд. Из этой вариации ученые выбрали несколько моделей, которые могли бы объяснить предыдущие астрофизические наблюдения нейтронных звезд. После этого они наложили полученные данные на результаты наблюдения системы GW170817 с помощью данных регистраторов гравитационных волн LIGO и Virgo. Это позволило ученым не только получить достоверную информацию о физике плотной материи, но и получить самые строгие ограничения на размер нейтронных звезд на сегодняшний день.
Будущие наблюдения за нейтронными звездами
«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», - говорит Стефани Браун, соавтор публикации. Благодаря этому исследованию астрономы наконец-то смогут выйти на такой высокий уровень, что смогут отличать только по анализу гравитационных волн слияние двух нейтронных звезд от слияния двух черных дыр.
Однако существует один нюанс. Слияние черной дыры и нейтронный звезды будет достаточно сложно отличить от слияния двух черных дыр. Для их разделения придется воспользоваться еще изучением их электромагнитного спектра. Но и здесь есть загвоздка. На основании теоретических расчетов, астрономы предполагают, что при таком слияние нейтронная звезда не будет разорвана черной дырой, а просто «нырнет» внутрь. Исключением будет лишь тот слушай, когда размер черной дыры достаточно мал или её скорость вращения достаточно велика.
Светлое будущее впереди
Ученые с оптимизмом смотрят в будущее и надеются на модернизацию существующих детекторов и постройку новых, которые позволят выйти на беспрецедентный уровень анализа гравитационных волн. Ведь каждое события слияние нейтронных звезд дает астрономам уникальную возможность узнать больше о нейтронной звезде и ядерной физике.