Нейтронные звезды - шкатулки с секретами

Объединение данных о восьми нейтронных звездах легло в основу одного из последних исследований о необычных, чудовищно плотных объектах. Это работа "Соотношение масса-радиус для нейтронных звезд и уравнение состояния плотной материи" авторов Эндрю В. Штайнера, Джеймса М. Лэттимера, Эдварда Ф. Брауна из Института ядерной теории Вашингтонского университета (США).

Фото:

Работа теоретическая, но в ней исследован материал наблюдений трёх рентгеновских телескопов космического базирования: "Чандра", ХММ-Newton и Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE). Нейтронные звезды — очень необычные объекты, они излучают в рентгене, поэтому только в открытом космосе можно получить данные о них, причем излучение нестационарное, носящее характер вспышек. Из восьми нейтронных звёзд одна располагается в шаровом скоплении 47-Тукана, до нее 15 тыс. световых лет, созвездие наблюдается в южном полушарии.

Читайте также: Еще одна планета — и воцарится хаос

Целью исследования является применение реальных наблюдательных данных для выработки теоретических положений, описывающих экзотические, но совершенно реальные объекты. Конкретные измерения звёздных параметров, определение их массы и плотности служат для воссоздания уравнения состояния плотного вещества. Это важнейшая, давно определенная цель и задача для исследователей в области ядерной физики. В уравнениях состояния воспроизводятся уникальные соотношения масса-радиус для нейтронных звезд, сверхплотных остаточных объектов звездной эволюции. Авторы работы под руководством Э. В. Штайнера определяли соотношение масса-радиус для нейтронных звезд, на основе недавно полученных наблюдательных данных, относящихся к нейтронным звездам.

Объектом анализа служили внезапные всплески при аккрециях (высыпаниях материи на звезду под действием ее гравитации) и источники вспышек. Установлено, что радиус нейтронных звезд с массой, равной 1.4 солнечных масс, определяется в интервале между 10.4 и 12.9 км, независимо от предположений о составе ядра звезды. Впервые показано, что эти ограничения остаются значимыми после удаленных для рассматриваемого образца самых мощных транзиентных источников или полного набора вспыхивающих источников; такие ограничения также применимы в случае существования кварковой материи в нейтронном звездном ядре.

Полученные результаты значительно конкретизируют плотное вещество в уравнениях состояния и, более того, они совместимы с ограничениями, возникающими как из-за столкновений тяжелых ионов, так и с теоретическими исследованиями нейтроннойматерии. Ряд предсказаний, сделанных авторами на основании полученных результатов, например, о параметре толщины нейтронного скин-слоя, который меньше 0.20 фемтометров, будут протестированы в предстоящих экспериментах. Таковы намерения авторов исследования. Драматическая история открытия и изучения нейтронных звезд и черных дыр началась в 1930-е годы — в честь первооткрывателя назван современный космический телескоп "Чандра". Таково было краткое имя Субрахманьяна Чандрасекара, гениального астрофизика, в те годы 19-летнего юноши, индуса по происхождению, получившего стипендию для продолжения обучения в Тринити-колледже Кембриджского университета. Он прибыл в Великобританию уже с "багажом" своего невероятного открытия, совершенного в1930 году, в юности, поскольку обладал блестящими математическими способностями и интуицией прирожденного астрофизика. Чандрасекар получил уравнения, описывающие судьбу небольших звезд — белых карликов.

Специалисты знали по наблюдениям звезд, что в финале своей звездной жизни белые карлики превращаются в плотную, слабо светящуюся звезду размером с Землю, которая становится долгожителем Вселенной, медленно остывая в процессе излучения энергии…

Открытие Чандры состояло в доказательстве существования предельной массы у белых карликов. Любая звезда, масса которой больше найденного предела, преобразуя свою сущность в термоядерных процессах, сгорая в них, не завершит свое существование, как тривиальный белый карлик. Она продолжит сжатие под действием собственной гравитации, превратившись в совершенно новый, неизвестный ранее объект с бесконечно большой плотностью и практически нулевым объемом, с веществом, превосходящим по плотности земную твердь во много триллионов раз!

При первом изложении этого открытия на собрании Королевского астрономического общества 11 января 1935 года молодой Чандрасекар выслушал убийственную критику непререкаемого лидера ученого сообщества, сэра Артура Стэнли Эддингтона. Это был просто смертный приговор новой теории.

Удар судьбы не сломил Чандрасекара, но незаслуженно осложнил его карьеру ученого. Признание коллег очень важно, особенно в молодости, в пору ярких озарений. Только 60-е годы в астрофизике стали триумфальными для теории Чандрасекара, когда были подтверждены полностью теоретические положения, казавшиеся ранее столь невероятными.

19 октября 1983 года, в свои 73 года, Чандрасекар был удостоен Нобелевской премии. Исследование сверхплотных объектов звездной эволюции — нейтронных звезд и черных дыр — стало экспериментальным полем современной науки. Представление о них прочно вошло в арсенал научных понятий, которые сегодня усовершенствуются и уточняются. А предел Чандрасекара, равный 1,4 солнечных масс, четко разделил варианты звездной эволюции: ветвь карликовых звезд и ветвь более массивных объектов, нейтронных звезд и черных дыр. Физика атомного ядра и элементарных частиц активно включены в исследования свойств сверхплотных массивных объектов, поскольку в материале ядра нейтронной звезды предположительно живут неуловимые кварки, постулированные в теории элементарных частиц, и множество открытий сулят экзотические сверхплотные объекты, сворачивающие пространство и останавливающие время в точке своего существования!

Отчёт об исследовании опубликован в издании Astrophysical Journal Letters

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"