Досі мало що відомо про надра нейтронних зірок, ті надзвичайно компактні об’єкти, які можуть утворитися після смерті зірки.
Маса нашого сонця або навіть більше стискається у сферу діаметром з великого міста. З моменту їх відкриття понад 60 років тому вчені намагалися розшифрувати їхню структуру. Найбільшою проблемою є моделювання екстремальних умов усередині нейтронних зірок, оскільки їх навряд чи можна відтворити на Землі у лабораторії. Тому існує безліч моделей, у яких різні властивості – від густини до температури – описуються за допомогою так званих рівнянь стану. Ці рівняння намагаються описати структуру нейтронних зірок від зіркової поверхні до внутрішнього ядра.
Тепер фізикам з Університету Ґете у Франкфурті вдалося додати до головоломки ще більше важливих шматочків. Робоча група під керівництвом професора Лучано Резолли з Інституту теоретичної фізики розробила понад мільйон різних рівнянь стану, які задовольняють обмеження, встановлені даними, отриманими з теоретичної ядерної фізики, з одного боку, та астрономічними спостереженнями, з іншого. Інший. Їхня робота опублікована в The Astrophysical Journal Letters .
Оцінюючи рівняння стану, робоча група зробила несподіване відкриття: «легкі» нейтронні зірки (з масою менше приблизно 1,7 маси Сонця), мабуть, мають м’яку мантію та жорстке ядро, тоді як «важкі» нейтронні зірки (з масами понад 1 ,7 маси Сонця) натомість мають жорстку мантію та м’яке ядро.
«Цей результат дуже цікавий, тому що він дає нам пряму міру того, наскільки може бути центр нейтронних зірок. Нейтронні зірки, мабуть, поводяться трохи як шоколадні пралине: фундук у їхньому центрі, оточений м’яким шоколадом, тоді як важкі зірки можна розглядати скоріше як ті цукерки, де твердий шар містить м’яку начинку», — каже професор Лучано Резолла.
Змоделювавши рівняння стану, фізики також змогли розкрити інші раніше незрозумілі властивості нейтронних зірок. Наприклад, незалежно від їхньої маси, вони, швидше за все, мають радіус лише 12 км. Таким чином, вони мають такий же великий діаметр, як Франкфурт, рідне місто Університету Гете.
Автор дослідження доктор Крістіан Екер пояснює: «Наше велике чисельне дослідження не тільки дозволяє нам робити прогнози для радіусів і максимальних мас нейтронних зірок, а й встановлювати нові обмеження на їхню деформованість у подвійних системах, тобто на те, наскільки сильно вони спотворюють один одного через їхні гравітаційні поля. Ці ідеї стануть особливо важливими для точного визначення невідомого рівняння стану з майбутніми астрономічними спостереженнями і виявленням гравітаційних хвиль від зірок, що зливаються».