Астрофизики подсчитали, насколько массивной может стать нейтронная звезда

Один из наиболее актуальных нерешённых вопросов касательно нейтронных звёзд заключается в том, где проходит граница между превращением в нейтронную звезду и превращением в чёрную дыру в тот момент, когда звезда умирает. В новой статье исследователей из Исследовательского центра физики имени Вигнера HUN-REN в Венгрии описывается то, что, по их мнению, является окончательным ответом на этот вопрос — от 2,2 до 2,3 масс Солнца.

Однако для того, чтобы прийти к этому выводу, потребовалось провести много расчётов и сделать множество допущений. Физика, лежащая в основе нейтронных звёзд, подчиняется набору правил — уравнениям состояния. Они описывают, как ведёт себя материя при невероятных давлениях, которые должны там существовать. Но поскольку у нас нет возможности собрать образцы нейтронных звёзд для изучения, этот свод правил определяется главным образом моделями. Авторы использовали две модели со слегка отличающимися свойствами, чтобы разработать свою оценку.

В модели SFHo нейтронная звезда описывается как состоящая из «более мягкой», более сжимаемой ядерной материи. Такая материя обладает большей гибкостью и, следовательно, не столь жёсткая, как её более твёрдый аналог. В модели DD2 материал нейтронной звезды считается более прочным и устойчивым. Эта схема прежде всего предназначена для «более крупных» звёзд, однако любую из моделей можно применить к нейтронным звёздам любого размера, по крайней мере теоретически. Тем не менее, чтобы убедиться, что скорость звука в этом веществе не превысит скорость света (и, следовательно, не нарушит законы физики), разработчики вручную скорректировали модели так, чтобы они учитывали результаты, полученные с помощью пертурбативной квантовой хромодинамики (pQCD).

После разработки своей модели разработчики проверили её на различных данных и сигналах от телескопов. Они сравнили её с результатами по горячим точкам на поверхностях вращающихся пульсаров, полученными с помощью телескопа Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER), что ещё больше ограничило модели. Затем они обновили модели на основе данных о «сжимаемости», полученных при регистрации гравитационных волн GW170817 — первого известного слияния двух нейтронных звёзд.

Оказалось, что после обновления данных из этих двух источников обе модели пришли к почти одинаковым результатам — где-то между 2,2 и 2,3 массы Солнца. Однако вопрос о фактических размерах этих гигантов остался открытым. Их физические размеры некоторое количество варьируются в зависимости от выбранной исходной модели, но общее мнение сводится к тому, что их радиус составляет примерно 12 км.