Ученые продолжают изучать загадочные нейтронные звезды, которые уже давно привлекают внимание астрофизиков. В недавнем исследовании, размещенном на arXiv, представлен новый взгляд на их характеристики и возможное существование.
Большинство известных нейтронных звезд обладают массой от 1,4 до 2,0 солнечной массы. Верхний предел объясняется тем, что при превышении массы двух солнечных величин, нейтронная звезда превращается в черную дыру. Нижний предел возникает из-за массы белых карликов. Нейтронные звезды удерживают форму благодаря давлению между нейтронами, а белые карлики борются с гравитацией через давление электронного газа.
Как ещё в 1930 году установил Субрахманьян Чандрасекар, белые карлики могут поддерживать структуры только до массы в 1,4 солнечных массы, что стало известно как предел Чандрасекара. Исходя из этого, астрофизики предполагают, что нейтронные звезды должны иметь как минимум такую же массу, иначе их коллапс завершится на стадии белого карлика. Однако это не всегда так.
«При простой гидростатической коллапсации все, что имеет массу меньше 1,4 солнечных массы, остаётся белым карликом», — отмечают исследователи. Более массивные звезды не просто теряют топливо и схлопываются, они переживают катастрофическое событие — взрыв сверхновой. В случае если этот взрыв быстро сжимает центральное ядро, получается ядро из нейтронной материи с массой менее 1,4 солнечных массы.
Вопрос в том, может ли такая материя оставаться стабильной в качестве небольшой нейтронной звезды. Это зависит от свойств взаимного сцепления материи, описываемого её уравнением состояния. Материя нейтронной звезды определяется уравнением Толмана-Оппенгеймера-Волкова (TOV), сложным релятивистским уравнением, исходящим из ряда предположений. С помощью современных данных, уравнение состояния TOV указывает на верхний предел массы нейтронной звезды в 2,17 солнечных массы и нижний — около 1,1 солнечных массы. При крайних параметрах, допускаемых наблюдениями, нижний предел может уменьшаться до 0,4 солнечных массы.
Исследователи из различных научных центров провели новое исследование, в рамках которого проанализировали данные третьей серии наблюдений гравитационно-волновых обсерваторий Virgo и Advanced LIGO. Хотя большинство сигналов происходят от слияний звёздной массы черных дыр, обсерватории также могут зафиксировать слияния нейтронных звезд или взаимодействия между нейтронной звездой и черной дырой-компаньоном. Усиление сигнала от таких малых слияний близко к пределу чувствительности детекторов, что делает необходимым знание того, какие сигналы искать. Для нейтронных звёзд это усложняется их реакцией на приливные искажения. Чем меньше звезда, тем сильнее она деформируется и тем больше это влияет на шум в сигнале слияния.
Команда исследователей смоделировала, как нейтронные звёзды с массой ниже массы белого карлика деформируются при слиянии, и рассчитала, как это может изменить воспринимаемый гравитационный шум. Затем они попытались обнаружить такие сигналы в данных третьей серии наблюдений.
Несмотря на то, что подтверждений существования небольших нейтронных звёзд не было найдено, учёные смогли определить верхнюю границу частоты таких гипотетических слияний. По большому счёту, обнаружено, что не вижнему возможности более чем 2000 подобных событий с участием нейтронной звезды массой до 70% солнечной.
«Наше понимание нейтронных звезд и их характеристик все еще в зачаточном состоянии. В будущем более чувствительные гравитационные телескопы смогут либо обнаружить небольшие нейтронные звёзды, либо подтвердить их отсутствие, что откроет новые горизонты для изучения этих загадочных объектов и углубит наше знание Вселенной», — комментируют ученые.
Источник: iXBT
