Немецкие физики раскрывают общую структуру нейтронных звезд

Физики из Франкфуртского университета им. Гёте (Германия) смоделировали более миллиона уравнений состояния и пришли к такому выводу: у «легких» нейтронных звезд может быть мягкая мантия и жесткое ядро, тогда как у «тяжелых» нейтронных звезд, наоборот, жесткая мантия и мягкое ядро – как у разных видов конфет, сообщает пресс-служба вуза. Результаты работы опубликованы в The Astrophysical Journal Letters. 

На сегодняшний день не очень много известно о недрах нейтронных звезд – чрезвычайно компактных объектах, которые могут образоваться после смерти звезды. С момента их открытия более 60 лет назад ученые пытались расшифровать их структуру. Сложнее всего создать модель экстремальных условий внутри нейтронных звезд, поскольку их вряд ли можно воссоздать в лаборатории на Земле. Поэтому существует множество моделей, в которых различные свойства — от плотности до температуры — описываются с помощью уравнений состояния материи звезды.

В этой работе ученые разработали более миллиона различных уравнений состояния, которые удовлетворяют ограничениям, установленным данными, полученными из теоретической ядерной физики, с одной стороны, и астрономическими наблюдениями, с другой. Решающее значение в этих уравнениях играла скорость звука. Эта мера описывает, насколько быстро звуковые волны распространяются внутри объекта, и зависит от того, насколько жесткой или мягкой является материя. На Земле с помощью скорости звука исследуют недра планеты и ищут месторождения нефти.

Оценивая уравнения состояния, рабочая группа сделала неожиданное открытие: у «легких» нейтронных звезд (с массой менее примерно 1,7 массы Солнца), по-видимому, мягкая мантия и жесткое ядро, тогда как у «тяжелых» нейтронных звезд (с массами менее более 1,7 массы Солнца) – жесткая мантия и мягкое ядро. Авторы работы сравнивают эти объекты с шоколадными конфетами: у «легких» в центре фундук, окруженный мягким шоколадом, а у «тяжелых» – мягкая начинка внутри твердого слоя. 

Также физики смогли раскрыть другие ранее необъяснимые свойства нейтронных звезд. Например, вне зависимости от массы, радиус нейтронных звезд, вероятно, достигает всего 12 км.

Результаты исследования не раскрывают точную структуру и состав вещества внутри нейтронных звезд, но дают прямую меру того, насколько сжимаемым может быть центр нейтронных звезд. Кроме того, открытие позволит устанавливать новые ограничения на деформируемость нейтронных звезд в двойных системах, то есть на то, насколько сильно две нейтронные звезды могут искажать друг друга своими гравитационными полями. 

[Иллюстрация: PETER KIEFER & LUCIANO REZZOLLA]