Исследователи из Франкфуртского университета им. Гете провели масштабное моделирование уравнений состояния нейтронных звезд. Анализ скорости звука внутри этих компактных объектов впервые раскрыл их внутреннее строение.
В своем исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, ученые разработала более миллиона различных уравнений состояния для нейтронных звезд. Все они с одной стороны соответствуют законам теоретической ядерной физики, а с другой — астрономическим наблюдениям.
При оценке уравнений состояния, особенно скорости распространения звука внутри таких объектов, ученые сделали неожиданное открытие. «Легкие» нейтронные звезды, масса которых не превышает 1,7 солнечной, имеют мягкую мантию и жесткое ядро, в то время как внутренняя структура более тяжелых звезд имеет обратное строение. Кроме того, вне зависимости от массы диаметр таких космических объектов не превышает 12 км.
удожественная иллюстрация звезд, напоминающих пралине. Изображение: P. Kiefer/L. Rezzolla, Goethe University Frankfurt
Исследователи отмечают, что нейтронные звезды напоминают шоколадные пралине: легкие звезды напоминают фундук, окруженный мягким шоколадом, тогда как тяжелые звезды можно рассматривать скорее, как те конфеты, где твердый слой содержит мягкую начинку. Результаты исследования позволят предсказывать радиусы и максимальных масс нейтронных звезд, а также определят, как они будут деформироваться в двойных системах.
Несмотря на значительное количество наблюдений о нейтронных звездах пока известно крайне мало, отмечают авторы исследования. Такие космические объекты образуются после смерти звезды: масса нашего Солнца или даже больше сжимается в сферу диаметром с большой город. Такие сверхкомпактные условия сложно воссоздать в земной лаборатории, а потому моделирование экстремальных условий внутри нейтронных звезд остается большой проблемой.
Поэтому существует множество моделей, в которых различные свойства — от плотности до температуры — описываются с помощью уравнений состояния. Они моделируют структуру нейтронных звезд от поверхности до внутреннего ядра.
