Немецкие астрономы приблизились к пониманию того, как устроены внутри нейтронные звезды. Наблюдения и теоретические расчеты показали, что в зависимости от массы, есть два вида нейтронных звезд, и их слоистое строение напоминает пралине. Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.
Нейтронные звезды — компактные объекты, образующиеся во Вселенной в результате вспышек сверхновых, состоящие в основном из нейтронов и вращающиеся с высокой скоростью. Для этих звезд характерны такие необычные явления, как сверхтекучесть, сверхпроводимость, сверхсильные магнитные поля и излучение нейтрино. С момента открытия нейтронных звезд более 60 лет назад астрономы имеют весьма скудное представление об их внутреннем строении. Одна из причин — невозможность воссоздания в земных условиях огромной плотности вещества (порядка 1014 г/см3) нейтронных звезд.
Существует множество моделей, в которых различные параметры нейтронных звезд, такие как плотность и температура, описываются с помощью так называемых уравнений состояния (зависимость массы от радиуса). Эти уравнения описывают возможную структуру нейтронных звезд — от поверхности к центру.
Ученые из Франкфуртского университета имени Гете под руководством Лучано Резоллы в своем исследовании подобрали свыше миллиона вариантов уравнений состояния, которые удовлетворяют ограничениям, вытекающим из теоретических расчетов в области ядерной физики с одной стороны, и наблюдательным данным — с другой.
Анализируя различные варианты уравнения состояния, ученые пришли к неожиданным выводам. Выяснилось, что «легкие» нейтронные звезды (легче 1,7 массы Солнца) имеют мягкую мантию и твердое ядро, а «тяжелые» (с массой больше 1,7 массы Солнца) — наоборот, обладают твердой мантией и более мягким ядром.
«Этот результат весьма интересен тем, что дает нам прямое свидетельство того, насколько могут быть сжимаемы ядра нейтронных звезд, — считает Резолла. — Нейтронные звезды по-видимому, напоминают шоколадное пралине: легкие звезды похожи на сладости с орехом в центре и мягким шоколадом вокруг, тяжелые имеют твердый слой снаружи и нежный наполнитель».
Ключевым в исследовании была оценка скорости звука в веществе — параметра, определяющего то, как быстро в среде распространяются механические волны. На Земле изучение этого параметра помогает сейсмологам исследовать внутреннее строение планеты и находить залежи нефти.
Исследуя разные уравнения состояния, теоретики пришли к еще одному неожиданному выводу. Если расчеты верны, то все нейтронные звезды независимо от их массы должны иметь одинаковый радиус — порядка 12 километров. «Наше масштабное численное исследование не только позволило сделать предположения для радиуса и максимальной массы нейтронных звезд, но и наложить новые ограничения на их деформируемость в составе двойных систем, то есть то, как сильно они искривляют друг друга за счет гравитационного взаимодействия», — пояснил автор.