Найден верхний предел массы нейтронной звезды

Если нейтронная звезда становится слишком тяжелой, она сжимается, порождая черную дыру. Однако лишь сейчас астрономы выяснили, где верхний предел массы такой звезды: ей грозит гравитационный коллапс по достижении 2,16 масс Солнца. Основными данными для этого открытия послужило столкновение нейтронных звезд 2017 года.

Нейтронные звезды - это объекты с наибольшей плотностью. Обычно их размер составляет всего лишь 10-12 км, но масса вдвое превышает солнечную. Материя в них настолько сжата, что чайная ложка ее весит миллиарды тонн. Гравитационные силы этих экзотических объектов соответствуют массе. Давление в их внутренней части даже приводит к слиянию электронов и протонов, результатом чего становится рождение нейтронов - отсюда и название этих звезд.

Нейтронная звезда Фото: Кейси Рид / Государственный университет Пенн

Насколько большой и тяжелой бывает нейтронная звезда? Астрономы задумывались над этим вопросом с 1960-х гг. Такие объекты не могут расти произвольно, поскольку огромная гравитация при превышении определенного предела массы приводит к коллапсу и черной дыре.

Для нейтронных звезд вычислить верхний предел этой максимальной массы впервые удалось Лучано Реццолла (Luciano Rezzolla) и его команде из Университета Гёте во Франкфурте. Основой послужили уравнения состояния, описывающие взаимозависимость давления, объема, температуры объектов. Уже в 2016 году исследователи обнаружили, что нейтронные звезды следуют своего рода универсальному правилу.

Но решающий толчок дало столкновение нейтронных звезд, замеченное в августе 2017. Характеристики зарегистрированных гравитационных волн и электромагнитного излучения дали исследователям важную информацию, поэтому они остановились на комбинации предельной массы с уравнениями состояния.

«Красота теоретических исследований в их способности к прогнозированию. Теория же обязательно полагается на эксперименты, чтобы свести к минимуму некоторые из своих неопределенностей».
Лучано Реццолла.

И столкновение нейтронных звезд было именно тем космическим экспериментом, который был нужен астрономам.

https://www.youtube.com/watch?v=m9Il_hwsIuM

Выяснилось, что многие из ранее наблюдавшихся нейтронных звезд уже крайне близки к своему пределу. Согласно новым расчетам, у невращающихся нейтронных звезд не может максимальная масса превышать 2,16 солнечной. Если она увеличивается, звездный остаток сжимается. Однако, например у пульсара -
вращающейся нейтронной звезды - центробежная сила противодействует гравитации. Такой объект может стать на 20 % тяжелее, прежде чем ему начнет угрожать коллапс.

Пока верхний предел массы остается неопределенностью в несколько процентов. Но астрономы надеются, что смогут еще больше уменьшить эти возможные отклонения путем будущих наблюдений за дальнейшими столкновениями нейтронных звезд.

Источник: scinexx.de