Нейтронная звезда – сверхплотная звезда, образующаяся в результате взрыва Сверхновой. Считается, что нейтронные звезды состоят в основном из нейтронов. Эти объекты являются самыми плотными во Вселенной. Их масса в несколько раз превышает массу нашей Солнечной системы, а диаметр составляет всего несколько десятков километров.

Художественная визуализация двух нейтронных звезд.  Source: NASA/Goddard Space Flight Center

Хотя мы уже кое-что знаем об их эволюции, например, что они являются разрушившимися ядрами массивных сверхгигантских звезд, ученым еще многое предстоит понять о природе этих удивительных космических объектов.

Команда ученых из Institute for Advanced Study считает, что ей удалось сузить круг возможных вариантов так называемого "уравнения состояния"(EoS) нейтронных звезд, которое определяет состав таких объектов. Об этом сообщается в пресс-релизе учебного заведения. 

Исследование нейтронных звезд

Поскольку нейтронные звезды, находятся очень далеко и размеры их крайне малы, для измерения EoS астрофизики опираются на косвенные параметры, такие как их масса и радиус. Группа экспертов, чья работа описана в статье в журнале The Astrophysical Journal Letters, предложила ввести новую величину - "пиковую спектральную частоту" (f2) - в качестве альтернативы для оценки радиуса маленьких и далеких космических объектов. 

f2 сверхплотного объекта можно измерить по мощным всплескам гравитационных волн, которые испускаются во время столкновения двух нейтронных звезд. Подобное явление ученым впервые удалось зарегистрировать в 2017 году.  "В принципе, максимум спектральной частоты может быть рассчитан по сигналу гравитационных волн, испускаемых колеблющимися остатками двух слившихся нейтронных звезд", — поясняет Элиас Мост, автор новой работы. 

Ранее считалось, что f2 может выступать в качестве косвенного индикатора радиуса. Исследователи были уверены, что между этими двумя величинами существует прямая связь.  Новое исследование показало, что это не всегда так. Авторы статьи заявили: "Дело в том, что определение EoS не похоже на решение простой задачи о гипотенузе. Напротив, это больше похоже на вычисление самой длинной стороны неправильного треугольника, в котором необходим третий элемент данных: угол между двумя короткими сторонами". 

Как утверждают авторы исследования, этим третьим элементом является "угол наклона зависимости массы от радиуса", который отображает информацию о EoS при более высоких плотностях.

Исследование гравитационных волн в будущем

Астрофизики считают, что новое исследование может помочь в проведении будущих исследований слияний нейтронных звезд с помощью гравитационно-волновых обсерваторий нового поколения, которые придут на смену лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории НАСА (LIGO). LIGO также используется для обнаружения массивных слияний черных дыр, которые аналогичным образом посылают гравитационные волны каскадами по всей Вселенной.

По мнению авторов проекта, новая методика позволит проникнуть вглубь нейтронной звезды и окончательно изучить ее состав. Как отмечает соавтор работы Каролин Райтел, "Определенные гипотетические прогнозы указывают на то, что в ядрах нейтронных звезд возможны фазовые переходы, которые расщепляют нейтроны на субатомные частицы, называемые кварками. И если это действительно так, то эти сверхплотные объекты содержат в своих недрах огромное количество свободных кварков. Мы очень надеемся, что результаты нашей работы помогут будущим ученым выяснить, действительно ли такие явления имеют место".

Источники: Journal Phys.org, Institute for Advanced Study, The Astrophysical Journal Letters, Journal Interesting Engineering 
1. (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac7c75) 
2. (https://phys.org/news/2022-10-tool-scientists-peer-neutron-stars.html) 
3. (https://interestingengineering.com/science/new-light-on-merging-neutron-stars)