Нейтронные звезды — невероятно компактные объекты, которые могут образоваться после смерти звезды. Однако мало что известно об их интерьерах. С момента их открытия ученые пытались расшифровать их структуру.
Поскольку их едва ли можно воспроизвести на Земле в лаборатории, самым большим препятствием является моделирование суровых условий внутри нейтронных звезд. В результате существует множество моделей, в которых различные атрибуты, такие как температура и плотность, определяются с помощью так называемых уравнений состояния. Эти уравнения пытаются охарактеризовать структуру нейтронных звезд от звездной поверхности до внутреннего ядра.
Сейчас физики в Университет Гёте Франкфурт удалось добавить другие важные части головоломки. Они разработали более миллиона уравнений состояния, которые удовлетворяют ограничениям, установленным данными, полученными из теоретической ядерной физики, с одной стороны, и астрономическими наблюдениями, с другой.
Когда они оценивали уравнения состояния, физики обнаружили нечто удивительное: «Свет». нейтронные звезды (с массой менее 1.7 массы Солнца), по-видимому, имеют мягкую мантию и жесткое ядро, тогда как «тяжелые» нейтронные звезды (с массой более 1.7 массы Солнца) вместо этого имеют жесткую мантию и мягкое ядро.
Профессор Лучано Реззолла сказал: «Этот результат очень интересен, потому что он дает нам прямую меру того, насколько сжимаемым может быть центр нейтронных звезд. Нейтронные звезды ведут себя немного как шоколадные пралине: светлые звезды напоминают те шоколадные конфеты с лесным орехом в центре, окруженным мягким шоколадом, тогда как тяжелые звезды можно рассматривать скорее как шоколад, в котором твердый слой содержит мягкую начинку».
Скорость звука имеет решающее значение для этого понимания. Этот количественный показатель, зависящий от того, насколько жестким или гибким является вещество, описывает скорость, с которой звуковые волны перемещаться внутри предмета. На Земле обнаружены залежи нефти, а внутренняя часть планеты исследуется с помощью скорости звука.
Ученые также могут определить дополнительные, ранее не обнаруженные характеристики нейтронных звезд путем моделирования уравнений состояния. Например, они, скорее всего, имеют радиус всего 12 километров, независимо от их массы. У них такая же окружность, как у Франкфурта.
Автор доктор Кристиан Экер объясняет,: «Наше обширное численное исследование позволяет не только делать предсказания радиусов и максимальных масс нейтронных звезд, но и устанавливать новые ограничения на их деформируемость в двойных системах, то есть на то, насколько сильно они искажают друг друга своим гравитационные поля. Эти идеи станут особенно важными для точного определения неизвестного уравнения состояния с будущими астрономическими наблюдениями и обнаружением гравитационных волн от слияния звезд».
Ссылки на журналы:
- Синан Алтипармак, Кристиан Экер, Лучано Реззолла: О скорости звука в нейтронных звездах. Астрофизические Журнальные Письма (2022) ДОИ: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Кристиан Экер и Лучано Реззолла: Общее, независимое от масштаба описание скорости звука в нейтронных звездах. Астрофизические Журнальные Письма (2022) ДОИ: 10.3847/2041-8213/ac8674
