Астрофізики уточнили граничну масу нейтронних зірок
Kevin Gill / flickr.com
Німецькі астрофізики уточнили максимально можливу масу нейтронної зірки, спираючись на результати вимірювань гравітаційних хвиль і електромагнітного випромінювання від події GW170817 . Виявилося, що маса невращающейся нейтронної зірки не може бути більше 2,16 мас Сонця, йдеться в статті, опублікованій в Astrophysical Journal Letters.
нейтронні зірки - це занадто щільні компактні зірки, які утворюються під час спалахів наднових. Радіус нейтронних зірок не перевищує декількох десятків кілометрів, а маса може бути порівнянна з масою Сонця, що призводить до величезної щільності речовини зірки (близько 1017 кілограм на кубічний метр). У той же час, маса нейтронної зірки не може перевищувати певну межу - об'єкти з великими масами коллапсируют в чорні діри під дією власної гравітації.
За різними оцінками, верхня межа для маси нейтронної зірки лежить в діапазоні від двох до трьох мас Сонця і залежить від рівняння стану речовини, а також від швидкості обертання зірки. Залежно від щільності і маси зірки вчені виділяють кілька різних типів зірок, схематична діаграма зображена на малюнку. По-перше, не обертаються зірки не можуть мати масу, більшу MTOV (біла область). По-друге, коли зірка обертається з постійною швидкістю, її маса може бути, як менше MTOV (світло-зелена область), так і більше (яскраво-зелена), але все ж не повинна перевищувати ще одна межа, Mmax. Нарешті, нейтронна зірка зі змінною швидкістю обертання теоретично може мати довільну масу (червоні області різної яскравості). Втім, завжди слід пам'ятати, що щільність обертових зірок не може бути більше певної величини, інакше зірка все одно коллапсирует в чорну діру (вертикальна лінія на діаграмі відокремлює стабільні рішення від нестабільних).
Діаграма різних типів нейтронних зірок в залежності від їх маси і щільності. Хрестом відзначені параметри об'єкта, що утворився після злиття зірок подвійної системи, пунктирними лініями - один з двох варіантів еволюції об'єкта
L. Rezzolla et al. / The Astrophysocal Journal
Група астрофізиків під керівництвом Лучіано Реццолла (Luciano Rezzolla) встановила нові, більш точні обмеження на максимально можливу безліч трохи обертається нейтронної зірки MTOV. У своїй роботі вчені використовували дані попередніх досліджень, присвячених процесам, які відбувалися в системі двох зливаються нейтронних зірок і привели до випромінювання гравітаційних (подія GW170817) і електромагнітних (GRB 170817A) хвиль. Одночасна реєстрація цих хвиль виявилося дуже важливою подією для науки, докладніше про нього можна прочитати в нашій новини і в матеріалі «Народження золота» .З попередніх робіт астрофізиків слід , Що після злиття нейтронних зірок утворилася гіпермассівная нейтронна зірка (тобто її маса M> Mmax), яка в подальшому розвивалася по одному з двох можливих сценаріїв і через невеликий проміжок часу перетворилася на чорну діру (пунктирні лінії на діаграмі). спостереження за електромагнітної компонентою випромінювання зірки вказує на перший сценарій , В якому баріонів маса зірки залишається майже незмінною, а гравітаційна маса відносно повільно зменшується за рахунок випромінювання гравітаційних хвиль. З іншого боку, гамма-сплеск від системи прийшов практично одночасно з гравітаційними хвилями (всього на 1,7 секунди пізніше), а значить, точка перетворення в чорну діру повинна лежати близько до Mmax.
Тому якщо простежити еволюцію гіпермассівной нейтронної зірки назад до початкового стану, параметри якого були з хорошою точністю розраховані в попередніх роботах, можна знайти значення, що цікавить нас Mmax. Знаючи Mmax, нескладно вже знайти MTOV, оскільки ці дві маси пов'язані співвідношенням Mmax ≈ 1,2 MTOV. У цій статті астрофізики виконали такі обчислення, використовуючи так звані «Універсальні співвідношення» , Які пов'язують параметри нейтронних зірок різної маси і не залежать від виду рівняння стану їх речовини. Автори підкреслюють, що їх обчислення використовують тільки прості припущення і не спираються на чисельне моделювання. Кінцевий результат для максимально можливої маси склав від 2,01 до 2,16 мас Сонця. Нижня межа для неї була отримана раніше в результаті спостережень за масивними пульсарами в подвійних системах - простіше кажучи, максимальна маса не може бути менше 2,01 мас Сонця, оскільки астрономи в дійсності спостерігали нейтронні зірки з такою великою масою.
Раніше ми писали про те, як астрофізики за допомогою комп'ютерних симуляцій отримали обмеження на масу і радіус нейтронних зірок, злиття яких призвело до подій GW170817 і GRB 170817A.
Дмитро Трунин