Горы на нейтронных звездах имеют высоту меньше миллиметра

Фабиан Гиттинс (Fabian Gittins) из Саутгемптонского университета и его коллеги смоделировали образование гор на нейтронных звездах. Если предшествующие модели допускали, что эти горы могут достигать нескольких сантиметров в высоту, то теперь ученые пришли к выводу, что их высота должна быть не более нескольких долей миллиметра. Исследователи рассказали о своей работе на ежегодной конференции Королевского астрономического общества.

Нейтронные звезды отличаются огромной плотностью своего вещества. Масса большинства известных нейтронных звезд составляет от 1,3 до 1,5 массы Солнца, а диаметр — 10–15 километров. Нейтронные звезды были теоретически предсказаны Львом Ландау в начале 1930-х годов и открыты в конце 1960-х как радиопульсары — источники периодического радиоизлучения. Позже стало ясно, что это излучение исходит от быстро вращающихся нейтронных звезд. Частота их вращения достигает сотен оборотов в секунду.

Эти звезды представляют собой заключительную фазу эволюции тяжелых звезд. Когда у звезды с массой от 10 до 30 солнечных заканчивается материал для термоядерных реакций, происходит коллапс ее ядра со вспышкой сверхновой, и в итоге возникает новый объект — нейтронная звезда. В нашей Галактике открыто более двух с половиной тысяч нейтронных звезд. А в апреле 2018 года нейтронную звезду впервые удалось открыть за пределами нашей Галактики.

Сила притяжения гравитационных звезд в миллиард раз сильнее земной гравитации. Она сжимает каждый объект на поверхности до крошечных размеров, так что звезда представляет собой почти идеальную сферу. Тем не менее остаются возможными некоторые деформации этой идеальной сферы. Хотя они в миллиарды раз меньше, чем земные горы, астрономы называют эти деформации горами. Предыдущие исследования показывали, что нейтронные звезды могут выдерживать отклонения от идеальной сферы до нескольких частей на миллион, то есть их горы могут быть размером до нескольких сантиметров. Однако новая модель показывает, что такая ситуация физически нереалистична.

Несмотря на то, что нейтронные звезды представляют собой одиночные объекты, из-за их интенсивной гравитации вращение нейтронной звезды с небольшими деформациями должно вызывать рябь в ткани пространства-времени, известную как гравитационные волны, подобные тем, что возникают при слиянии двух черных дыр. Гравитационные волны от вращения одиночных нейтронных звезд еще ни разу не удавалось зафиксировать, хотя ожидаемое увеличение чувствительности детекторов, таких как LIGO и Virgo, может дать шанс на такое открытие. «За последние несколько лет мы получили много гравитационно-волновых обнаружений компактных двойных слияний, — говорит Фабиан Гиттинс. — Тем не менее еще не состоялось первое наблюдение вращающейся нейтронной звезды с помощью гравитационных волн, и пока получены только верхние пределы размера соответствующих деформаций. По этим причинам максимальный размер квадрупольной деформации (или горы), которую может выдержать нейтронная звезда, представляет большой интерес».

В новом исследовании ученые использовали компьютерное моделирование, чтобы построить реалистичные нейтронные звезды и подвергнуть их воздействию ряда математических сил, чтобы определить, как возникают горы. Они также изучали роль сверхплотного ядерного вещества в поддержании гор. В результате выяснилось, что самые большие горы на нейтронных звездах могут быть высотой лишь в доли миллиметра. Авторы исследования замечают, что полученный результат указывает, что наблюдение гравитационных волн от вращающихся нейтронных звезд может оказаться даже более сложной задачей, чем считалось ранее.