Астрономы обнаружили самую массивную нейтронную звезду на сегодня

Москва, 11:12, 17 Сен 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Астрономы определили, что может быть самой массивной нейтронной звездой на сегодняшний день.

Это пульсар, названный J0740 + 6620, и расхождения во времени его импульсов позволили рассчитать его массу, в 2,14 раза превышающую массу Солнца, упакованную в звезду шириной всего 30 километров.

Чтобы представить это в перспективе, Солнце имеет диаметр 1,391 млн. км.

Эти измерения делают J0740 + 6620 первой нейтронной звездой с двумя солнечными массами, измеренными в пределах 68-процентного доверительного интервала, и приближают ее к верхнему пределу вращающейся нейтронной звезды в 2,3 солнечной массы, рассчитанному в прошлом году на основе астрономии гравитационных волн.

Это довольно интересно, учитывая, что нейтронные звезды уже находятся среди самых маленьких и самых плотных звезд, которые мы знаем — они образуются из звезд, которые начинаются с масс примерно в 8-30 раз больше массы Солнца.

Когда они умирают, эти звезды выбрасывают свой наружный материал в космос посредством серии термоядерных взрывов, переплавляя доступный материал до последнего кусочка.

Как только ядро ​​полностью сгорело до железа, давление, поддерживающее его объем, падает, и ядро ​​разрушается, упаковывая нейтроны до тех пор, пока они не занимают наименьшее возможное пространство. Полученный объект имеет плотность, эквивалентную атомному ядру.

Это похоже на процесс, который создает черную дыру, которая происходит с более массивными объектами; однако, ниже 5 солнечных масс не было обнаружено ни одной черной дыры.

То, что происходит между верхним пределом нейтронной звезды и нижним пределом черной дыры, все еще остается загадкой, но массивные нейтронные звезды могут пролить некоторый свет.

То, как астрономы рассчитали массу J0740 + 6620, действительно хитроумно — и во многом зависит от свойств и ориентации звезды с Земли.

J0740 + 6620, расположенная на расстоянии около 4500 световых лет, является миллисекундным пульсаром. Это означает, что он вращается безумно быстро и наклонен так, что лучи ярких радиоволн, падающих с его магнитных полюсов, проникают мимо Земли при каждом вращении — в миллисекундных масштабах.

Регулярность этих импульсов может быть использована для различных измерений, но, когда они показывают слабые неровности, это тоже может быть действительно показательным.

Метод определения массы нейтронной звезды

Пульсар находится в бинарной системе с белым карликом. При этом система граничит с Землей таким образом, что белый карлик проходит между нами и пульсаром — то, что называется транзитом.

То, как гравитация белого карлика лишь слегка нарушает регулярность импульсов — это метод, которым команда астрономов во главе с Фэнкфул Кромарти из Университета Вирджинии, Национальной радиоастрономической обсерватории, измерила массу пульсара.

Это нарушение называется временной задержкой Шапиро, и оно происходит, когда путь света от пульсара изгибается под действием силы тяжести белого карлика, в результате чего ему требуется немного больше времени, чтобы добраться до Земли, когда белый карлик проходит между нами и пульсаром. При этом разница составляет всего 10 миллионов долей секунды.

Кромарти и ее команда объединили данные опросов за пять лет с двумя специальными наблюдательными кампаниями и смогли определить точные сроки задержки. Это позволило им выяснить, насколько гравитация белого карлика изгибала пространство-время, что, в свою очередь, позволило им определить массу белого карлика.

Как только масса одного объекта в бинарной системе известна, вычисление массы другого объекта является простым процессом — возвращение массы 2,14 + 0,10-0,09 M⊙ в пределах интервала достоверности 68,3 процента.

Мы на самом деле не знаем, насколько массивной может стать нейтронная звезда. Обычно упоминаемая цифра — 3 солнечные массы, но правда в том, что ни одна из них не была обнаружена превышающей 2,5 солнечных масс.

Примеры уже известных самых массивных нейтронных звезд

Самой массивной нейтронной звездой может быть PSR J2215 + 5135, пульсар с оценочной массой 2,27 солнечной массы, измеренной по магниевым линиям или PSR B1957 + 20, с оценочной массой до 2,4 солнечной массы, основанной на радиальной скорости, выведенной из спектров. Команда астрофизиков отметила, что оба эти метода менее надежны, чем точность, предлагаемая радиосинхронизацией.

Есть также немного менее массивный PSR J0348 + 0432, достигающий 2,01 солнечной массы, также рассчитанный с использованием временной задержки Шапиро.

Независимо от того, является ли этот последний пульсар самой массивной нейтронной звездой, исследования наверняка расскажут нам больше об этих загадочных объектах.

«Нейтронные звезды так же загадочны, как и очаровательны», — сказала Кромарти.

«Эти объекты размером с город являются по сути гигантскими атомными ядрами. Они настолько массивны, что их внутренности приобретают странные свойства. Обнаружение максимальной массы, которую позволят физика и природа, может многому научить нас в этом иначе недоступном царстве в астрофизике».