Насколько велика нейтронная звезда? Предыдущие оценки варьировались от 8 до 16 км. Астрофизики из Франкфуртского университета им. Гете определили показатели с точностью до 1.5 км. Для этого воспользовались сложным статистическим подходом, основанном на данных измерения гравитационных волн.
Нейтронные звезды – самые плотные объекты во Вселенной, масса которых превышает солнечную, но размер уплотнен в сферу, чей диаметр сходится с параметрами города Франкфурт. Но это лишь приблизительная оценка. Более 40 лет определение размера нейтронных звезд оставалось неточным.
Важный вклад в решение головоломки внесло обнаружение гравитационных волн от слияния нейтронных звезд (GW170817). Эти данные использовали, чтобы определить максимальную массу нейтронных звезд перед тем, как они рушатся в черные дыры. Затем получилось установить более жесткие ограничения касательно размера нейтронных звезд.
Диапазон размеров типичной нейтронной звезды по сравнению с городом Франкфурт
Уравнение состояния, описывающего вещество внутри нейтронных звезд, неизвестно. Поэтому физики решили выбрать статистические методы для определения параметров нейтронных звезд в узких пределах. Чтобы установить значения, пришлось вычислить более 2 млрд. теоретических моделей нейтронных звезд, решая уравнение Эйнштейна, описывающего равновесие релятивистских звезд. Далее этот набор данных объединили с ограничениями от гравитационной волны в GW170817.
В итоге, радиус типичной нейтронной звезды достигает 12-13.5 км. Важно также учитывать один нюанс. Возможно, что при сверхсветовых плотностях материя резко меняет свои свойства и подвергается «фазовому переходу». Это напоминает эффект с водой, которая замерзает и становится твердой. В таком случае, материя во второй нейтронной звезде становится кварком, поэтому звезда будет иметь ту же массу, но будет более компактной.
Но подобные «звезды-близнецы» все еще остаются статистически редкими и не могут быть сильно деформированными при слиянии. Этот вывод позволяет исключить потенциально компактные объекты. Будущие гравитационные наблюдения покажут, если у нейтронных звезд экзотические близнецы.