Астрономы раскрыли секреты нейтронных звезд

Подтверждение существования гравитационных волн в 2017 году продолжает открывать совершенно новые миры физики, а также вызывает новые вопросы.

Обнаружение каждой гравитационной волны ставит новую задачу — как узнать, что вызвало событие. Иногда это сложнее, чем кажется. Теперь команда под руководством Алехандро Винья-Гомеса из Копенгагенского университета считает, что они нашли модель смерти звезды, которая помогает объяснить некоторые ранее необъяснимые открытия — и указывает на галактику с гораздо более массивными нейтронными звездами, чем считалось ранее.

Новое исследование было опубликовано в Astrophysical Journal Letters. Первоначально опубликовано на сайте Universe Today.

В науке принято собирать данные, которые не соответствуют современной научной теории. Такого рода неожиданные данные были получены в результате второго в истории открытия гравитационно-волновой обсерватории с лазерным интерферометром (LIGO). Обычно LIGO регистрирует гравитационные волны, возникающие в результате столкновения двух очень плотных объектов, таких как черная дыра и нейтронная звезда. В случае его второй записи, первоначально зарегистрированной в 2019 году и теперь известной как GW190425, данные указывали на источник, как на две сливающиеся нейтронные звезды, но они были на удивление большими.

Средние нейтронные звезды трудно «увидеть» в традиционном смысле этого слова. Как и их близкий родственник, черная дыра, они обычно образуются только после того, как сверхмассивная звезда взорвалась. Однако иногда они образуют пульсары, создавая форму звезды, которая является одной из самых видимых во Вселенной. Обычно единственный способ увидеть систему двойной нейтронной звезды, такой как та, которая создала сигнал гравитационной волны GW190425, — это если одна из двух звезд в системе является пульсаром, а затем взаимодействует со своим обычным соседом нейтронной звездой.

По словам ученых, ни одна из известных систем двойных нейтронных звезд не имела достаточно тяжелых звезд, чтобы соответствовать сигналу, наблюдаемому LIGO.

Им не хватало таких звезд отчасти из-за того, что более крупные звезды при смерти превращались в черные дыры, а не в нейтронные. Однако гравитационные сигналы исходили от слияния гигантских нейтронных звезд, а не от слияния черных дыр. Так что же вызывает образование этих больших нейтронных звезд и почему они не появляются в двойных парах с пульсарами?

По словам доктора Винья-Гомес, ответ может заключаться в звездном типе, который называется «stripped star», также этот тип звезд называется гелиевой звездой. Эти звездные объекты образуются только в двойных системах, и их водородная внешняя оболочка вытесняется другой звездой в системе, оставляя ядро ​​из чистого гелия. Команда смоделировала эти типы звезд, чтобы понять, что с ними происходит после сверхновой. Это зависит от двух факторов: веса оставшегося ядра и силы взрыва сверхновой.

Используя модели звездной эволюции, команда показала, что для гелиевых звезд некоторые внешние слои гелия могут быть снесены во время взрыва, что снизит вес звезды до такой степени, что она больше не сможет стать черной дырой. Это потенциально может объяснить происхождение тяжелых нейтронных звезд, но почему они не более заметны в двойных системах с пульсарами?

Ответ приходит из стандартного процесса в бинарных системах — массопереноса. Часто одна звезда в двойной системе уступает часть своего материала другой, более массивной звезде в процессе, известном как массоперенос. В системах нейтронных звезд этот массоперенос может иногда превращать нейтронную звезду в пульсар. Однако чем больше гелиевое ядро ​​звезды, тем менее вероятен процесс массопереноса.

Таким образом, в системах, которые образуют массивные нейтронные звезды, маловероятно, что они окажутся в двойной системе с пульсаром. Они более способны удерживать свою массу, а не передавать ее своему двойному спутнику, позволяя ему загораться как пульсар.

Другие данные LIGO подтверждают эту теорию. Похоже, что слияния тяжелых нейтронных звезд столь же обычны во Вселенной, как слияния немного менее тяжелых нейтронных звезд с пульсарами. Может существовать целая популяция больших двойных систем нейтронных звезд, невидимая для наших обычных методов обнаружения.