Обнаружена уникальная нейтронная звезда

Считается, что нейтронные звезды коллапсируют в черные дыры

Нынешний год богат на открытия необычных космических объектов. Так, недавно мы писали о том, что астрономы обнаружили планету, которая не должна существовать. Теперь же, с помощью радиотелескопа Green Bank Telescope, ученые нашли самую массивную нейтронную звезду за всю историю наблюдений. Нейтронные звезды довольно странные — они практически полностью состоят из нейтронов и обладают невероятной плотностью. Масса обнаруженной звезды, которой дали не самое красивое название J0740+6620 в целых 2,17 раз превосходит массу Солнца, а ее диаметр равняется 30 километрам. Исследование будет опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Что такое нейтронные звезды?

Согласитесь, Вселенная — странная штука. В ней есть галактические нити, сверхскопления галактик, темная материя, пузыри Ферми, черные дыры, нейтронные звезды… список можно продолжать долго. И если о космической паутине мы рассказывали вам совсем недавно, то сегодня предлагаем обратить внимание на нейтронные звезды.

Начнем с того, что более плотными объектами во Вселенной кроме нейтронных звезд являются только черные дыры. Исследователи справедливо считают, что изучение нейтронных звезд способно приблизить их к пониманию экстремальной физики Вселенной — в конце-концов именно эти звезды коллапсируют в космических монстров. По сути нейтронная звезда — это массивное атомное ядро, которое обладает весьма странными свойствами. Так, J0740+6620 является самой плотной и самой странной нейтронной звездой за всю историю наблюдений.

Нейтронные звезды — одни из самых загадочных объектов во Вселенной

Поскольку звезды, как и мы с вами, стареют и умирают, их конечное состояние зависит от массы. Чтобы понять, как нейтронные звезды образуются из умирающих звезд, сперва нужно понять, как образуются белые карлики. Дело в том, что 97% звезд во Вселенной — это белые карлики. Они состоят из электронно-ядерной плазмы и лишены источников термоядерной энергии. При этом, они являются следующим самым плотным видом звезд после нейтронных из-за своего рода “встроенного” космического знака остановки. Проще говоря, белые карлики настолько плотные, что атомные связи их материала разорваны. Это превращает их в плазму атомных ядер и электронов. При этом, обрести большую плотность чем у белых карликов довольно сложно — электроны не хотят находиться в одном и том же состоянии друг с другом и будут сопротивляться сжатию до определенной точки, где это может произойти. Физики называют это вырождением электронов.

Обсудить удивительные открытия астрономов можно с участниками нашего Telegram-чата.

Звезды, чья масса не превышает 10 солнечных масс, имеют тенденцию становиться белыми карликами. Предел массы белых карликов составляет около 1,44 солнечных масс. А вот более плотная звезда массой от 10 до 29 солнечных масс может стать нейтронной звездой. Дело в том, что в этот момент плотность звезды настолько велика, что преодолевает вырождение электронов: электроны по-прежнему не хотят занимать одно и то же состояние, поэтому вынуждены объединяться с протонами, в результате чего образуются нейтроны и испускаются нейтрино. Таким образом, нейтронные звезды почти полностью состоят из нейтронов и удерживаются благодаря их вырождению, которое схоже с вырождением электронов у белых карликов.

Схематическое изображение пульсара J074+6620. Сфера в середине представляет нейтронную звезду, кривые показывают линии магнитного поля, а выступающие конусы — зоны излучения.

При этом, соавтор исследования Скотт Рэнсом отмечает, что у нейтронных звезд существует переломный момент, когда их внутренняя плотность становится настолько экстремальной, что сила тяжести подавляет способность нейтронов противостоять дальнейшему коллапсу. Таким образом, если бы масса J074+6620 была больше, то звезда просто коллапсировала бы в черную дыру. Каждая «самая массивная» нейтронная звезда, которую обнаруживают ученые, постепенно приближает специалистов к определению того самого переломного момента, который удерживает нейтронную звезду от коллапса.

Хотите быть в курсе последних научных открытий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.

Как астрономы ищут нейтронные звезды?

В Млечном Пути насчитывается не менее 100 миллионов нейтронных звезд, однако большинство из них — древние, холодные звезды, поэтому их очень трудно обнаружить. К счастью, J0740+6620 — это пульсар. Напомним, что пульсарами называют тип быстро вращающейся нейтронной звезды, которая излучает радиоволны и другое электромагнитное излучение. Когда пульсар вращается, эти лучи «пульсируют» с завидной регулярностью, что несколько напоминает ход часов. Большинство нейтронных звезд трудно идентифицировать, но когда радиоволны пульсара проникают через Землю, их становится намного легче обнаружить и изучить.

Столкновение двух нейтронных звезд

Пульсар J0740+6620 обитает в бинарной системе по соседству с белым карликом. Когда белый карлик проходил перед пучком радиоволн нейтронной звезды, астрономы на нашей планете смогли обнаружить небольшую задержку в поступающих радиоволнах. Это произошло потому, что гравитация белого карлика искривляла пространство вокруг него, заставляя проходящие радиоволны перемещаться на одно касание дальше, чем обычно. Измерив это, астрономы смогли рассчитать массу белого карлика. А зная массу одного объекта в бинарной системе, можно легко рассчитать массу другого. Таким образом, исследователи обнаружили, что J0740+6620 является самой массивной нейтронной звездой на сегодняшний день.

Авторы исследования надеются, что их работа поможет ученым в таких областях науки как физика высоких энергий, релятивистская астрофизика и др. А все потому, что помимо свойств нейтронных звезд, перечисленных в статье, при слиянии этих объектов образуются самые тяжелые элементы во Вселенной.