Нейтронні зірки - це неймовірно компактні об'єкти, які можуть утворюватися після смерті зірки. Проте про їхні інтер’єри відомо небагато. З моменту їх відкриття вчені намагалися розшифрувати їх структуру.
Оскільки їх навряд чи можна відтворити на Землі в лабораторії, найбільшою перешкодою є моделювання суворих умов усередині нейтронних зірок. У результаті існує багато моделей, у яких різні атрибути, такі як температура та щільність, визначаються за допомогою так званих рівнянь стану. Ці рівняння намагаються охарактеризувати структуру нейтронних зірок від поверхні зірки до внутрішнього ядра.
Зараз фізики при Університет Гете, Франкфурт вдалося додати інші ключові частини до головоломки. Вони розробили більше мільйона рівнянь стану, які задовольняють обмеження, встановлені даними, отриманими з теоретичної ядерної фізики, з одного боку, і астрономічними спостереженнями, з іншого.
Коли вони оцінювали рівняння стану, фізики виявили дещо дивовижне: «Світло» нейтронні зірки (з масами, меншими за приблизно 1.7 мас Сонця), здається, мають м’яку мантію та жорстке ядро, тоді як «важкі» нейтронні зірки (з масами, більшими за 1.7 мас Сонця) натомість мають жорстку мантію та м’яке ядро.
Професор Лучано Реццолла сказав: «Цей результат дуже цікавий, оскільки він дає нам пряме вимірювання того, наскільки стисливим може бути центр нейтронних зірок. Нейтронні зірки поводяться трохи як шоколадні праліне: легкі зірки нагадують їх шоколадні цукерки з лісовим горіхом у центрі, оточеним м’яким шоколадом, тоді як важкі зірочки можна вважати скоріше тими шоколадними цукерками, де твердий шар містить м’яку начинку».
Швидкість звуку має вирішальне значення для цього розуміння. Цей кількісний показник, який залежить від того, наскільки жорстким або гнучким є матеріал, описує швидкість, з якою звукові хвилі рухатися всередині предмета. На Землі є поклади нафти, а також внутрішність планети досліджується за допомогою швидкості звуку.
Вчені також могли ідентифікувати додаткові, раніше не відкриті характеристики нейтронних зірок, моделюючи рівняння стану. Наприклад, вони, швидше за все, мають радіус всього 12 кілометрів, незалежно від їх маси. Вони мають таку ж окружність, як і Франкфурт.
Автор доктор Крістіан Екер пояснює,: «Наше обширне чисельне дослідження дозволяє нам не тільки робити прогнози щодо радіусів і максимальних мас нейтронних зірок, але й встановлювати нові обмеження на їх деформованість у подвійних системах, тобто на те, наскільки сильно вони спотворюють один одного своїми гравітаційні поля. Ці ідеї стануть особливо важливими для точного визначення невідомого рівняння стану за допомогою майбутніх астрономічних спостережень і виявлення гравітаційних хвиль від зірок, що зливаються».
Посилання на журнал:
- Сінан Алтіпармак, Крістіан Екер, Лучано Реццолла: Про швидкість звуку в нейтронних зірках. Листи астрофізичних журналів (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b2a
- Крістіан Екер і Лучано Реццолла: Загальний, незалежний від масштабу опис швидкості звуку в нейтронних зірках. Листи астрофізичних журналів (2022) DOI: 10.3847/2041-8213/ac8674
