Астрофизики предлагают изучать внутреннее строение нейтронных звезд, анализируя колебания гравитационных волн, возникающие при слиянии этих объектов. Успешное «выловое» этого особенного сигнала позволит получить ценные сведения о ядерных процессах в звездах.
Нейтронные звезды, являясь результатом эволюции звезд, представляют собой экстремальные объекты: масса их может превышать солнечную более чем в два раза, а радиус — составлять 10-13 километров. Такие давление и плотность вещества внутри этих небесных тел, что воспроизвести их в лаборатории невозможно, поэтому вопрос о роли ядерных взаимодействий при высоких давлениях остается одним из главных в современной астрофизике.
Слияние нейтронных звезд привлекает внимание ученых потому что в результате его может образоваться более массивная нейтронная звезда или черная дыра. Две нейтронные звезды, вращаясь вокруг друг друга, движутся по спирали из-за излучения гравитационных волн — искажений пространства-времени, распространяющихся по Вселенной со скоростью света.
Наибольшую амплитуду колебаний создаёт момент сличения, а также последующие миллисекунды, когда образуется чрезвычайно массивная и быстро вращающаяся нейтронная звезда. Некоторое время она излучает гравитационные волны с узкой полосой частот. Именно этот «чистый» сигнал учёные и ищут.
Первое обнаружение сигнала от нейтронных звёзд во время их слияния. зафиксировали В 2017 году детекторы гравитационных волн LIGO (в США) и Virgo (Италия) зарегистрировали волну под названием GW170817. Источник этой волны – два объекта массой около 1,1 и 1,6 солнечной массы.
Ученые из Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга Гёте (Германия) обнаружили, что сигнал, несмотря на постепенное ослабевание силы, стремится к постоянному значению в частоте. Астрофизики назвали эту стадию «продолжительным затуханием», сравнив её с камертоном — когда у него через время исчезают лишние обертоны, остаётся лишь основная нота.
Результаты исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, показали, В «чистой ноте» заключена важная информация о плотности и давлении, характерных для нейтронных звезд.
Ученые пришли к такому выводу, используя компьютерное моделирование: длительное затухание оказалось прямо связано с максимальным давлением и плотностью в ядрах звезд. В результате астрофизики смогли определить самые экстремальные области диаграммы состояний вещества.
Новые методы статистического моделирования и высокоточные симуляции на мощных суперкомпьютерах выявили у нас новую фазу «продолжительного затухания» при слияниях нейтронных звезд. Эффект может установить новые, более точные ограничения на состояние вещества внутри этих светил. объяснил Автором научного труда является Кристиан Эккер.
Современные гравитационно-волновые обсерватории (LIGO, Virgo, KAGRA) пока не зарегистрировали «чистый» сигнал слияния нейтронных звезд, но исследователи надеются, что детекторы будущего поколения это сделают. При верных выводах «продолжительное затухание» станет важным инструментом для изучения строения одних из самых плотных и экстремальных объектов во Вселенной.