Нейтронные звезды оказались менее плотными и лучи у них «кривые»
Новые измерения самой массивной из известных нейтронных звезд показали, что она имеет на удивление большой диаметр. Это позволяет предположить, что вещество внутри не такое мягкое, как предсказывали некоторые теории, заявили физики.
Когда умирающая звезда взрывается, она может оставить после себя сувенир: шар, набитый нейтронами. Эти нейтронные звезды необычайно плотны — как если бы гора Эверест сжалась до размеров чайной ложки, сказал астрофизик NICER Завен Арзуманян из Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте (штат Мэриленд, США).
Чем массивнее нейтронная звезда, тем более экстремальные условия в ее ядре. При огромной плотности частицы могут образовывать необычные состояния материи. Например, частицы, известные как кварки, обычно содержащиеся в протонах и нейтронах, могут свободно перемещаться в ядре звезды.
Состав сердечника определяет его способность сжиматься. Например, если кварки являются свободными агентами внутри самых массивных нейтронных звезд, огромное давление сжимает ядро нейтронной звезды сильнее, чем если бы кварки оставались внутри нейтронов. Поэтому большая масса звезды не обязательно означает большой диаметр. Если вещество внутри нейтронной звезды мягкое, то она может неожиданно сжиматься, становясь более массивной.
Чтобы понять этот процесс, ученые использовали рентгеновский телескоп NICER на борту Международной космической станции, чтобы замерить диаметры быстро вращающихся нейтронных звезд, называемых пульсарами. В 2020 году NICER измерил пульсар массой примерно в 1,4 раза больше солнечной, и тот оказался всего 26 километров в диаметре.
Теперь исследователи измерили диаметр самой большой из известных нейтронных звезд, которая примерно в 2,1 раза массивнее нашего Солнца. Но ее диаметр оказался примерно таким же, как у ее более легкого родственника. Сопоставив данные NICER с измерениями со спутника XMM-Newton Европейского космического агентства, одна группа ученых заявила о 25-километром диаметре, а другая — о 27-километровом.
Многие теории предсказывают, что более массивная нейтронная звезда должна иметь меньший радиус. «В некотором смысле вещество внутри нейтронных звезд не так сжимаемо, как предсказывали», — сказал астрофизик Коул Миллер из Университета Мэриленда в Колледж-Парке.
«Это немного озадачивает», — заявил астрофизик Санджай Редди из Вашингтонского университета в Сиэтле, который не принимал участия в исследовании. Открытие предполагает, что внутри нейтронной звезды кварки не заключены в нейтроны, но они по-прежнему активно взаимодействуют друг с другом, вместо того, чтобы свободно «бродить» по ядру.
Измерения раскрыли еще одну загадку нейтронной звезды. Пульсары испускают рентгеновские лучи из двух точек на полюсах. Эти лучи должны выходить с противоположных сторон. Но у обеих нейтронных звезд, измеренных NICER, лучи выходили из одного полушария:
Лучи из пульсаров (быстро вращающихся нейтронных звезд) могут исходить не только строго из полюсов, но и из одного полушария, образуя острый угол