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.
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.