space

Горы нейтронных звезд могут закрывать вид на гравитационные волны

Новые исследования показывают, что нейтронные звезды покрыты «горами» высотой лишь в доли миллиметра, а это означает, что эти выступы в сотни раз меньше, чем предполагалось по предыдущим оценкам.

Нейтронные звезды — это компактные звездные объекты, похожие по размеру на большой город диаметром около 6,2 мили (10 километров), который весит не менее 1,4 солнечных масс (в 1,4 раза больше веса Солнца).

Они рождаются в результате взрывной смерти звезд, весящих от 10 до 25 солнечных масс. В результате они являются одними из самых плотных объектов во Вселенной и обладают невероятно сильным гравитационным полем, примерно в 2 миллиарда раз сильнее земного.

Эта экстремальная гравитация раздавливает нейтронные звезды в почти идеальные сферы, окруженные гладкой и твердой корой. Однако, как показали предыдущие исследования, деформации коры создают горы на поверхности этих звезд. Новые результаты, представленные на Национальной астрономической встрече 2021 года в Великобритании 19 июля, предполагают, что эти горы, вероятно, будут в сотни раз меньше, чем думали ранее ученые.

«Их, вероятно, следует называть« неровностями »или« холмами », а не« горами », — сказал Live Science ведущий исследователь Фабиан Гиттинс, докторант Саутгемптонского университета в Великобритании.

Несовершенная сфера

Кора нейтронной звезды представляет собой твердый слой на внешней стороне звезды, похожий на земную кору, состоящий из ядер распавшихся тяжелых элементов, которые содержат сверхплотный суп нейтронов внутри звезды.

По словам Гиттинса, она имеет толщину около 1 километра и является областью звезды с самой низкой плотностью. Горы образуются, когда кора подвергается огромному напряжению и начинает трескаться. «Есть множество способов для образования этих гор», — сказал Гиттинс. «Все, что требуется, — это изменить форму звезды».

Возможные объяснения образования гор включают повышенную нагрузку из-за сильного электромагнитного поля или тот факт, что они со временем вращаются медленнее. Но это также может быть вызвано явлением, известным как сбой, при котором звезда внезапно начинает вращаться быстрее, сказал Гиттинс.

Но независимо от того, что вызывает образование гор, их размер ограничен величиной напряжения, которое кора может выдержать, прежде чем она сломается. «Чем прочнее кора, тем большие горы она может выдержать», — сказал Гиттинс.

Меньше, чем ожидалось

Гиттинс и его команда предсказали размер гор нейтронных звезд, создав компьютерные модели, точно имитирующие кору нейтронной звезды. «Мы подвергли эти модели воздействию различных математических сил, которые породили горы», — сказал Гиттинс. «Мы увеличивали величину сил, пока корка не сломалась».

Это позволило команде предсказать максимально возможный размер гор, которые нейтронные звезды могут выдержать, не разрушаясь. Их новое предсказание предполагает, что более ранние оценки, согласно которым эти горы имели высоту до сантиметра, могли быть значительно ошибочными.

«Изучая эту проблему, мы обнаружили, что в предыдущих исследованиях были технические проблемы с их подходом», — сказал Гиттинс. Одна из основных проблем заключается в том, что предыдущие предсказания предполагали, что кора нейтронных звезд имела форму, которая максимально напрягала кору в каждой точке, но это оказалось физически невозможным, сказал Гиттинс. «Наш подход не давал максимальной нагрузки на корку в каждой точке, а в одной точке», — добавил он.

Рябь в пространстве времени

Гиттинс сказал, что нейтронные звезды, как известно, быстро вращаются из-за углового момента, который они сохраняют от взрывающихся родительских звезд. «Когда нейтронная звезда, которая деформируется асимметрично, вращается, она вызывает рябь в ткани пространства-времени вокруг себя», — сказал Гиттинс.

«Эта рябь известна как гравитационные волны». Исследователи впервые обнаружили гравитационные волны, исходящие от двух вращающихся черных дыр, с помощью лазерной интерферометрической обсерватории гравитационных волн (LIGO) в 2015 году, как ранее сообщал Live Science.

LIGO с тех пор обнаружила два отдельных гравитационных волновых события, возникших в результате столкновения нейтронных звезд, как ранее сообщала Live Science, но одиночные нейтронные звезды так и остались неуловимыми.

«В настоящее время мы не можем обнаружить гравитационные волны от вращающихся нейтронных звезд», — сказал Гиттинс. Но эти необнаружения также многое говорят ученым о нейтронных звездах, добавил он.

Чем меньше горы на нейтронных звездах, тем меньше гравитационные волны они производят. Следовательно, их отсутствие обнаружения может подтвердить прогнозы Гиттинса. «Зная чувствительность наших детекторов, мы можем установить верхний предел того, насколько большими должны быть горы на нейтронных звездах», — сказал Гиттинс. «Общая тенденция состоит в том, что верхние пределы становятся все меньше и меньше».

Следовательно, может пройти некоторое время, прежде чем ученые смогут построить достаточно большие детекторы, чтобы обнаружить пространственно-временную рябь, создаваемую этими быстро вращающимися микроскопическими ударами. Исследование было впервые опубликовано в Интернете 21 ноября 2020 года в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Поделиться с друзьями: