Определили максимальную массу нейтронных звёзд

Янв 16, 2018 Леонид Гляделов

Новости астрономии:
Астрофизики в Университете Гёте во Франкфурте установили новый предел для максимальной массы нейтронных звезд: они не могут превышать 2,16 массы Солнца.

С момента своего открытия в 1960-х годах ученые стремились ответить на важный вопрос: какой массы могуть быть нейтронные звезды? В отличие от черных дыр, эти звезды не могут получить массу произвольно; сверх определенного предела нет физической силы в природе, которая может противостоять их огромной гравитационной силе. Впервые астрофизикам в университете им. Гёте во Франкфурте удалось вычислить максимальный верхний предел массы нейтронных звезд.

Подробнее:

С радиусом около 12 километров и массой, которая может быть вдвое больше Солнца, нейтронные звезды входят в число самых плотных объектов во Вселенной, создавая гравитационные поля, сравнимые с гравитационными черными дырами. В то время как большинство нейтронных звезд имеют массу примерно в 1,4 раза больше, чем у Солнца, также известны массовые примеры, такие как пульсар PSR J0348 + 0432 с 2,01 массами Солнца.

Плотность этих звезд огромна, как будто все Гималаи были сжаты в пивную кружку. Однако есть признаки того, что нейтронная звезда с максимальной массой рухнет до черной дыры, если бы был добавлен даже один нейтрон.

Вместе со своими учениками Элиас Мост и Лукас Вейх, профессор Лучиано Реццолла, физик, старший научный сотрудник Франкфуртского института перспективных исследований (FIAS) и профессор теоретической астрофизики в университете имени Гёте во Франкфурте, в настоящее время решили проблему, которая оставалась без ответа в течение 40 лет. С точностью до нескольких процентов определил максимальную массу невращающихся нейтронных звезд, которая не может превышать 2,16 массы Солнца.

Основой для этого результата был подход «универсальных отношений», разработанный во Франкфурте несколько лет назад. Существование «универсальных отношений» подразумевает, что практически все нейтронные звезды «похожи друг на друга», что означает, что их свойства могут быть выражены в терминах безразмерных величин. Исследователи объединили эти «универсальные отношения» с данными о сигналах гравитационной волны и последующем электромагнитном излучении, полученном во время наблюдения в прошлом году двух сходящихся нейтронных звездв рамках эксперимента LIGO. Это значительно упрощает расчеты, поскольку делает их независимыми от уравнения состояния. Это уравнение является теоретической моделью для описания плотной материи внутри звезды, которая предоставляет информацию о ее составе на разных глубинах звезды. Поэтому такая универсальная связь сыграла существенную роль в определении новой максимальной массы.

Результат - хороший пример взаимодействия теоретических и экспериментальных исследований. «Красота теоретических исследований заключается в том, что она может делать прогнозы. Теория, однако, отчаянно нуждается в экспериментах, чтобы сузить некоторые из ее неопределенностей», - говорит профессор Реццолла. «Поэтому весьма примечательно, что наблюдение единственного объединения двойных нейтронных звезд, которое произошло в миллионы световых лет от нас в сочетании с универсальными отношениями, открытыми в нашей теоретической работе, позволило нам решить загадку, в которой так много спекуляций было в прошлом».

Результаты исследований были опубликованы в виде письма астрофизического журнала. Всего несколько дней спустя исследовательские группы из США и Японии подтвердили выводы, несмотря на то, что до сих пор придерживались разных и независимых подходов.