Уявіть собі зірку, маса якої вдвічі перевищує масу Сонця, та стисніть її до розмірів стандартного міського району.
В результаті вийде нейтронна зірка — один із найщільніших об’єктів у Всесвіті, що перевищує в десятки трильйонів разів щільність будь-якого матеріалу, що зустрічається на Землі, пише Альтернативна наука.
Нейтронні зірки самі по собі є унікальними астрофізичними об’єктами, але їхня екстремальна щільність дозволяє нам використовувати їх як лабораторії з вивчення фундаментальних питань ядерної фізики в умовах, які ніколи не відтворяться на Землі.
Через ці екзотичні умови вчені досі не розуміють, з чого складаються самі нейтронні зірки. Зокрема, так зване рівняння стану (EoS).
Визначення EoS – головна мета сучасних астрофізичних досліджень.
Новий фрагмент головоломки, що обмежує діапазон можливостей, був виявлений парою вчених з IAS: Каролін Райтел, науковим співробітником Школи природничих наук імені Джона Н. Бахколла, та Еліасом Мостом із Прінстонського університету. Нещодавно спільну роботу було опубліковано в журналі The Astrophysical Journal Letters.
В ідеалі вчені хотіли заглянути всередину цих екзотичних об’єктів, але вони надто малі і далекі, щоб їх надійно зафіксувати за допомогою стандартних телескопів.
Тому астрономи покладаються на непрямі докази, які можуть виміряти, наприклад, масу і радіус нейтронної зірки, в такий спосіб розраховуючи EoS.
Досить примітивна технологія, що нагадує обчислення гіпотенузи у прямокутному трикутнику.
Втім, радіус нейтронної зірки дуже важко точно виміряти. Одна з перспективних альтернатив для майбутніх спостережень полягає в тому, щоб замість нього використовувати величину, яка називається “піковою спектральною частотою” (або f2).
Але як вимірюється f2?
Зіткнення між нейтронними зірками, які підкоряються законам теорії відносності Ейнштейна, призводять до сильних сплесків випромінювання гравітаційних хвиль.
У 2017 році дослідники вперше прямо виміряли такі викиди.
“Принаймні, в принципі, пікова спектральна частота може бути обчислена за гравітаційно-хвильовим сигналом, що випускається коливальним залишком двох нейтронних зірок, що злилися”, – стверджує Міст.
Раніше передбачалося, що f2 буде розумним проксі для радіусу, оскільки досі астрофізики вважали, що між ними існує пряма, або “квазіуніверсальна” відповідність.
Проте Райтел та Міст продемонстрували, що це не завжди так. Вони показали, що визначення EoS не схоже на вирішення простого завдання про гіпотенузу.
Навпаки, це більше схоже на обчислення найдовшої сторони неправильного трикутника, де також потрібна третя інформація: кут між двома короткими сторонами.
Для авторів дослідження третина інформації – “нахил залежності маси від радіусу”, яка містить інформацію про EoS за більш високих щільностей (і, отже, більш екстремальних умов), ніж тільки радіус.
Нове відкриття дозволить дослідникам, які працюють з наступним поколінням гравітаційно-хвильових обсерваторій (наступників LIGO), краще використовувати дані, отримані після злиття нейтронних зірок.
За словами Райтела, такі дані можуть розкрити фундаментальні складові матерії нейтронних зірок.
“Деякі теоретичні передбачення припускають, що в ядрах нейтронних зірок в результаті фазових переходів нейтрони можуть розчинятися в субатомних частинках, які називають кварками”, – заявила Райтел.
«Це означає, що зірки містять море вільної кваркової матерії у своїх нутрощах… Наша робота може допомогти завтрашнім дослідникам визначити, чи відбуваються такі фазові переходи насправді».
