Виявлено нейтронну зірку у важкій вазі - мілісекундний пульсар близький до верхньої межі маси для
Мілісекундний пульсар близький до верхньої межі маси для надзвичайно щільних зіркових реліквій
Напрочуд важко: астрономи виявили одну з найбільш масивних нейтронних зірок, відомих на сьогодні. Реліквія зірок, що знаходиться за 4600 світлових років, має розмір лише 30 кілометрів, але важить 2,14 маси Сонця, як повідомляють дослідники в спеціалізованому журналі "Астрономія природи". Ця швидко обертається нейтронна зірка рухається близько до теоретично визначеної верхньої межі маси для таких об'єктів - і це, в свою чергу, дозволяє зробити висновки про природу її внутрішньої частини.
Нейтронні зірки є одними з найщільніших об'єктів у Всесвіті: в цих залишках масивних зірок розміром лише 15-30 кілометрів речовина настільки стиснута, що електрони і протони зливаються, утворюючи нейтрони. Через свою величезну гравітацію, не обертаються нейтронні зірки не можуть, згідно з поточною теорією, стати набагато важчими, ніж 2,16 маси Сонця - інакше вони зруйнуються, утворюючи чорну діру.
Затримка імпульсу як "шкала"
Астрономи, що працюють із Вдячним Кромарті з Університету Вірджинії в Шарлотсвіллі, зараз виявили нейтронну зірку, яка рухається надзвичайно близько до граничної межі для цих надщільних об'єктів. Це мілісекундний пульсар - швидко обертається нейтронна зірка, яка випромінює регулярні сильні радіоімпульси. PSR J0740 + 6620 знаходиться на відстані приблизно 4600 світлових років від Землі і утворює подвійну систему з білим карликом.
Саме цей партнер дав можливість астрономам визначити точну масу нейтронної зірки. Тому що коли пульсар, розмір якого становить близько 30 кілометрів, проходить позаду білого карлика, його радіоімпульси відхиляються силою тяжіння його більшого партнера. Це призводить до затримки імпульсів на кілька мілісекунд. За допомогою так званої затримки Шапіро дослідники змогли за допомогою радіотелескопа Green Banks визначити масу білого карлика, а потім масу нейтронної зірки.
Наймасивніша, точно виміряна нейтронна зірка
Результат: Пульсар мілісекунди має масу 2,14 маси Сонця. "Таким чином, J0740 + 6620 є, мабуть, наймасивнішою, точніше виміряною нейтронною зіркою на сьогодні", - заявляють Кромарті та його колеги. Нещодавно астрономи виявили мілісекундний пульсар із 2,27 сонячної маси, але його маса була оцінена менш точним методом.
Однак, як пояснюють астрономи, відомі ще два мілісекундні пульсари, маса яких може бути визначена з такою ж точністю, що і J0740 + 66. Вони лише трохи легші за виміряну зараз нейтронну зірку. "Це дає зрозуміти, що ці масивні нейтронні зірки становлять значну частину населення - це може мати суттєве значення для нашого розуміння розвитку мілісекундних пульсарів у двійкових системах", - сказав Кромарті та його команда.
Інформація про екзотичний інтер’єр
Головне, якщо ви точно знаєте максимальну масу обертової нейтронної зірки, це дає важливу інформацію про природу її внутрішньої частини. Оскільки, щоб витримати колапс гравітації в чорну діру, матеріал нейтронної зірки повинен бути одночасно щільним і надзвичайно стабільним. Поки що, однак, астрономи можуть лише здогадуватися, з чого насправді складається внутрішня частина цих зоревих залишків.
Згідно з загальноприйнятими гіпотезами, внутрішність нейтронних зірок може складатися з екзотичних станів речовини, подібних до надтвердої речовини, надрідкої рідини або конденсату Бозе-Ейнштейна. Також обговорюються екзотичні комбінації частинок, такі як тетранейтрони або навіть матеріал, що складається з кварків. Однак деякі з цих "кандидатів" занадто м'які і нестійкі, щоб пропускати дуже масивні нейтронні зірки на рівні маси або поза нею.
Пошуки тривають
"Навіть найменші збільшення вимірюваної маси нейтронних зірок вимагають переосмислення фундаментальної фізики, яка працює всередині них", - заявляють астрономи. Це стосується і поточних результатів. З цієї причини вона та багато її колег намагаються з'ясувати, де насправді лежить абсолютна максимальна межа для нейтронної зірки.
"Кожна" наймасивніша "нейтронна зірка, яку ми знаходимо, допомагає нам краще зрозуміти фізику речовини при таких немислимих щільностях", - пояснює співавтор Скотт Ренсом з Національної радіоастрономічної обсерваторії (NRAO). (Астрономія природи, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0880-2)
Джерело: Обсерваторія Зелений банк, Університет Західної Вірджинії