Остатки сгоревших звезд, получившие название "нейтронные звезды", считаются самыми компактными объектами Вселенной. Их сильное гравитационное поле неизбежно притягивает все больше массы. Но этот процесс имеет свои пределы.
Нейтронные звезды и черные дыры
Нейтронная звезда по достижении критической массы коллапсирует и становится черной дырой. Десятилетиями оставался открытым вопрос, какова максимальная величина такой массы. Астрофизики университета Гете нашли для нее простую формулу.
Чтобы отсрочить коллапс, нейтронные звезды могут начать вращаться. Центробежная сила способна компенсировать еще довольно долго возрастающую силу тяготения. Чем быстрее при этом вращается звезда, тем больше массы она накапливает, пока в итоге не распадается. Поэтому максимально возможная масса при наиболее быстром вращении и является абсолютным верхним пределом массы нейтронной звезды.
Предельная масса нейтронной звезды
Моделирование гравитационных волн от разрушающейся нейтронной звезды Фото: Лучано Реццола
Рассчитать эту массу по основным свойствам невозможно, так как неизвестно уравнение состояния, которое дает информацию о температуре и давлении элементов в звезде. Однако астрофизики университета Гете нашли элегантное решение этой проблемы: можно получить максимальную массу вращающейся нейтронной звезды по максимальной массе соответствующей невращающейся конфигурации.
"Удивительно, что такую сложную систему, как вращающаяся нейтронная звезда, можно описать столь простым соотношением. Нам известно сейчас, что нейтронная звезда при самом быстром вращении может добавить не больше 20 % своей максимальной невращающейся массы".
Лучано Реццола (Luciano Rezzolla), профессор теоретической астрофизики Университета Гете
Ученые рассчитали десятки тысяч моделей нейтронных звезд. Решающим для их открытия стал правильно выбранный ракурс, под которым они рассматривали данные: был найден стандарт, благодаря которому можно описывать нейтронные звезды универсальным способом, независимо от их уравнения состояния.
"Результат был прямо у нас под носом, мы должны были лишь выбрать правильную перспективу, чтобы увидеть его".
Козима Брой (Cosima Breu), студентка магистратуры Института теоретической физики, сделавшая анализ в рамках своей дипломной работы.
Универсальное отношение максимальной массы - это часть более широкого класса универсальных отношений, которые недавно были открыты для нейтронных звезд. Козима Брой и Лучано Реццола нашли также упрощенную форму момента инерции в зависимости от компактности вращающейся нейтронной звезды. Как только удастся экспериментально измерить момент инерции двойных пульсаров, новый метод поможет точно определить радиус (до 10 % или меньше).
Простой, но фундаментальный результат открывает возможность в будущем отыскать более универсальные отношения вращающихся звезд.
"Мы надеемся найти еще больше подобных интересных результатов при изучении довольно неисследованной области различно вращающихся нейтронных звезд. У этих звезд масса в центре вращается быстрее, чем на поверхности".
Лучано Реццола
Источник:
Комментариев нет:
Отправить комментарий