Астрономы с помощью радиотелескопа Грин-Бэнк (Green Bank Telescope) обнаружили самую массивную нейтронную звезду на сегодняшний день. Она представляет собой быстро вращающийся пульсар на расстоянии примерно в 4600 световых лет от Земли. Этот рекордный объект балансирует на грани существования, так как его масса приближается к максимальной теоретической массе, возможной для нейтронной звезды.
Нейтронные звёзды – сжатые и плотные остатки массивных звёзд, ставших сверхновыми. Они являются самыми плотными из всех “обычных” объектов в известной вселенной. Чёрные дыры теоретически плотнее, но их состояние трудно понять, поэтому они далеки от нормы. Всего лишь один кусочек сахара из вещества нейтронной звезды будет весить здесь на Земле 100 миллионов тонн. Это примерно равно массе всего населения нашей планеты.
Астрономы и физики уже в течение нескольких десятилетий изучают и постоянно удивляются этим объектам. В их природе остаётся много тайн и загадок: становятся ли нейтроны в них “сверхтекучими”? Распадаются ли они на “суп” из субатомных кварков или других экзотических частиц? Каков переломный момент, когда гравитация побеждает материю и образует чёрную дыру?
Пульсар Геминга, иллюстрация плериона. Источник: Nahks TrEhnl
Команда астрономов, использующих телескоп Грин-Бэнк Национального научного фонда (NSF), приблизила нас к поиску ответов.
Исследователи из Центра физических рубежей обнаружили, что быстро вращающийся миллисекундный пульсар, называемый J0740+6620, является самой массивной нейтронной звездой, когда-либо обнаруженной. Оказалось, что в сфере диаметром всего 30 километров упакована масса, превышающая массу Солнца в 2,17 раза. Это значение вплотную приближается к пределам того, насколько массивным и компактным может стать отдельный объект, не превращая себя в чёрную дыру. Недавняя работа, в рамках которой были изучены гравитационные волны, образовавшиеся в результате столкновения двух нейтронных звезд, показала, что значение 2,17 может быть очень близки к этому пределу.
“Нейтронные звёзды столь же загадочные, сколь и завораживающие. Эти объекты размером с земной мегаполис по сути являются гигантскими ядрами звёзд. Они настолько массивны, что их внутренняя структура приобретает странные свойства. Нахождение максимальной массы этих объектов, которую только может позволить физика и сама природа, может многому научить нас в этой непонятной области астрофизики”, – Фэнкфул Кромарти, аспирант в Университете штата Вирджиния и постдок Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлотсвилле.
Пульсары получили свое название из-за наличия двойных пучков радиоволн, которые они излучают из своих магнитных полюсов. Эти лучи несутся сквозь космическое пространство подобно свету маяка в ночи. Некоторые из этих объектов совершают до сотни оборотов вокруг своей оси в секунду. Поскольку пульсары достаточно регулярные и вращаются с такой феноменальной скоростью, астрономы могут использовать их в качестве космического эквивалента атомных часов. Такой точный хронометраж помогает учёным изучить природу пространства-времени, измерять массы различных звёздных объектов и улучшить своё понимание общей теории относительности.
В случае данной двойной системы, которая практически граничит с Землёй по космическим меркам, такая точность предоставила возможность специалистам вычислить массу двух звёзд.
Дело в том что, когда мерцающий пульсар проходит позади своего спутника – белого карлика, возникает сверхмалая (порядка 10 миллионных долей секунды) задержка во времени прихода сигналов. Это явление известно как эффект Шапиро. В сущности, гравитация от белого карлика слегка искривляет окружающее его пространство, в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна. Это искривление означает, что импульсы от вращающейся нейтронной звезды должны пройти немного дальше, поскольку они прокладывают свой путь вокруг искажений пространства-времени, вызванных белым карликом.
Астрономы могут использовать величину этой задержки для вычисления массы белого карлика. Как только масса одного из тел, вращающихся на орбите, известна, то точное определение массы другого становится относительно простым процессом.
Кромарти является главным автором статьи, принятой к публикации в Nature Astronomy. Наблюдения с помощью радиотелескопа Грин-Бэнк проводились в рамках исследований, связанных с её докторской диссертацией: она предложила наблюдать эту систему в двух специальных точках на их взаимных орбитах, чтобы точно вычислить массу нейтронной звезды.
“Ориентация этой двойной звёздной системы создала фантастическую космическую лабораторию. Нейтронные звёзды проходят такой переломный момент, когда их внутренняя плотность становится настолько экстремальной, что сила тяжести подавляет даже способность нейтронов сопротивляться дальнейшему коллапсу. Каждая последующая самая массивная нейтронная звезда, которую мы находим, приближает нас к определению этой переломной точки и помогает нам понять физику материи при таких ошеломляющих плотностях”, – Скотт Рэнсом, астроном из Национальной радиоастрономической обсерватории и соавтор статьи.
По информации Обсерватории Грин-Бэнк.
Источник: