Полученные недавно данные позволили определить размеры нейтронной звезды, масса которой составляет 1,4 солнечной, а диаметр – всего 26 километров. По всей видимости, ее плотность недостаточна для того, чтобы вещество в ядре перешло в состояние «кварковой материи».
В завершающей стадии эволюции массивные звезды сжимаются под действием собственной гравитации, что приводит к взрыву сверхновой. После этого может сформироваться черная дыра, либо, если масса звезды недостаточна, – нейтронная звезда. Эти объекты характеризуются невероятной плотностью: масса, сопоставимая с массой Солнца или превышающая её, может быть сконцентрирована в объеме, равном размеру крупного города или простирающемуся на несколько десятков километров.
Предполагается, что нейтронные звезды имеют сложную структуру. Их внешняя оболочка состоит из разреженной водородно-гелиевой атмосферы, за которой следует кора. По мере углубления давление возрастает, и в конечном итоге достигает ядра, где даже атомы распадаются. В ядре электроны и протоны объединяются, формируя вещество огромной плотности, состоящее из вырожденных нейтронов. Состояние внутреннего ядра, расположенного в центре звезды, остается неясным. Не исключено, что здесь нейтроны также не сохраняются, а распадаются на составляющие и превращаются в кварковую плазму.
Наиболее простой способ определить это — провести точные измерения масс и диаметров различных нейтронных звезд, чтобы рассчитать их плотность и установить, способны ли нейтроны сохранять свою структуру в таких экстремальных условиях. Недавно ученые осуществили подобные наблюдения за звездой PSR J0740+6620 (J0740), находящейся в созвездии Жираф и удаленной от нас на 3600 световых лет. Результаты исследований были представлены астрономами на онлайн-встрече Американского физического общества. Материалы для публикаций находятся в стадии подготовки, а информация о работе уже распространяется в пресс-релизе, распространенном NASA.
Масса объекта J0740 составляет 2,1 солнечной массы, а для определения его диаметра исследователи применили рентгеновский телескоп NICER, находящийся на Международной космической станции. Этот объект характеризуется быстрым вращением, совершая около 350 оборотов в секунду и выбрасывая узкие струи излучения из своих магнитных полюсов. При каждом совпадении направления этих лучей с линией взгляда, J0740 демонстрирует вспышку — подобно яркому пульсару.
Значительная гравитация нейтронной звезды оказывает существенное влияние на пути фотонов, позволяя свету, исходящему с противоположной стороны, достигать нас, огибая ее поверхность. Это приводит к тому, что звезда кажется больше своего фактического размера, а излучающие области постоянно находятся в поле зрения, изменяя лишь свою яркость. NICER обеспечил возможность измерения этих колебаний с точностью до 100 наносекунд.
На основании полученных данных, две независимые группы астрофизиков из Нидерландов и Соединенных Штатов Америки определили диаметр J0740 ( 1, 2). Оценки составили 24,8 и 27,4 километра, однако эти значения находятся в пределах допустимой погрешности, характерной для обоих методов расчета. В любом случае, эта нейтронная звезда оказалась менее плотной, чем ожидалось изначально. Следовательно, ее внутреннее ядро, вероятно, не сжато до такой степени, чтобы преобразоваться в чистую кварковую материю.
Судя по всему, оно демонстрирует более сложную организацию, что может указывать на включение в состав вещества смеси нейтронов, протонов и кварков. Однако для подтверждения потребуется проведение расчетов, основанных на свежих сведениях о параметрах J0740.
Интересное открытие сделали исследователи. Ранее предполагалось, что излучающие области, находящиеся на разных полюсах нейтронной звезды, порождают лучи, направленные в противоположные стороны. Но данные, полученные с помощью обсерватории NICER, свидетельствуют о том, что эти области расположены на одном полушарии, и лучи расходятся под определенным углом. Ученые полагают, что причиной такого явления являются чрезвычайно сильные магнитные поля, характерные для объекта J0740.