Нейтронные звезды представляют собой самую плотную материю, которая может существовать в привычном для нас понимании (черные дыры плотнее, но их природа настолько необычна, что пока лучше не учитывать). Как указывает традиционный пример, одна чайная ложка вещества нейтронной звезды весит около 100 миллионов тонн, то есть столько же, сколько вся человеческая раса вместе взятая.
Всё видимое нам кажется твёрдым, однако на атомном уровне пространство весьма разреженное. Нейтронные звезды чрезвычайно плотные из-за того, что состоят из сжатых нейтронов. Для удаления электронов и сохранения только нейтронов нужны особые условия.
Нейтронная звезда – это сгусток ядра гигантской звезды, масса которой до коллапса составляла около 10-29 солнечных масс. Астрономы изучают эти объекты десятилетиями, но многое остается загадкой. Что происходит с нейтронами? Становятся ли они своего рода сверхтекучей жидкостью или распадаются на частицы меньших размеров? Где находится предел, после которого коллапсирующая звезда формирует черную дыру, а не нейтронную звезду?
Недавно открытая звезда способна пролить свет на ряд вопросов.
«Нейтронные звезды столь же таинственны, сколь и очаровательны», — заявил профессор Кромарти, аспирант Университета Вирджинии и аспирант Гроте Ребер в Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлоттсвилле, штат Вирджиния. «Эти объекты размером с город по сути являются гигантскими атомными ядрами. Такой массив делает интерьер странным. Нахождение максимально допустимой массы, которую позволят физика и природа, может многое рассказать нам в этой ранее недоступной области астрофизики». Кромарти продолжает эту работу в рамках докторского проекта.
Пульсар J0740 + 6620 – сильно намагниченная вращающаяся нейтронная звезда, которая испускает пучок электромагнитного излучения. Масса звезды в 2,17 раза превышает массу Солнца, а ширина составляет всего 30 километров. Это приближается к пределу компактности отдельного объекта перед тем как он превратится в черную дыру, что подтверждает недавние исследования гравитационных волн от столкновения нейтронных звезд.
В проведении измерений приняли участие пульсары благодаря особому импульсу, который . излучают.
Пульсары получили своё название из-за излучения двух радиолучей через магнитные полюса, подобно вращающемуся маяку, испускающему свет. Из-за стремительной скорости вращения (иногда достигающей 24% от скорости света) импульсы можно применять как космические хронометры. Однако этого не достаточно для точного определения массы пульсара.
Учёные применяют ещё одно свойство, известное как задержка Шапиро.
Нейтронной звезде принадлежит спутник — белый карлик. Сигнал пульсара, проходя через белого карлика, сталкивается с силой тяжести настолько большой, что искажает окружающую среду, слегка искривляя пространство-время в его близости (в соответствии с общей). Это значит, что импульсы проходят немного дольше, чем без гравитационного влияния – и этот лишний интервал указывает на гравитационное притяжение белого карлика и, соответственно, его массу.
Как только рассчитана масса карлика, можно с несложной процедурой определить массу пульсара.
Это выявило, что нейтронная звезда почти достигла черной дырой.
Учёные утверждают, что данная среда обеспечивает идеальные условия для измерения массы нейтронной звезды, которая служит космической лабораторией. С каждым подобным комплексом, обнаруженным астрономами, получают более точное представление о том, когда звёзды превращаются в чёрные дыры, а когда остаются нейтронными звёздами.
«Эта двойная звездная система – фантастическая космическая лаборатория. У нейтронных звезд есть переломный момент: внутренняя плотность становится настолько экстремальной, что гравитация подавляет способность нейтронов сопротивляться коллапсу».
Каждый новый рекордный по массе объект такого рода ведёт нас к пониманию предельного состояния нейтронных звёзд.
Исследование было в Nature Astronomy.