Одна из самых экстремальных звезд Млечного Пути стала еще более сумасшедшей.
Ученые измерили массу нейтронной звезды под названием PSR J0952-0607 и обнаружили, что это самая массивная из обнаруженных нейтронных звезд, масса которой в 2,35 раза превышает массу Солнца.
Если это правда, то это очень близко к теоретическому верхнему пределу массы около 2,3 солнечных масс за нейтронные звездыпредставляющий прекрасную лабораторию для изучения этих сверхплотных звезд, находящихся, как мы думаем, на грани коллапса, в надежде лучше понять странное квантовое состояние материи, из которой они состоят.
«Мы примерно знаем, как ведет себя материя при ядерных плотностях, например, в ядре атома урана». сказал астрофизик Алексей Филиппенко из Калифорнийского университета в Беркли.
«Нейтронная звезда подобна одному гигантскому ядру, но когда у вас есть полторы солнечные массы этого вещества, что составляет около 500 000 земных масс ядер, связанных вместе, совершенно неясно, как они будут себя вести».
Нейтронные звезды — это коллапсирующие ядра массивных звезд, масса которых составляла от 8 до 30 масс Солнца, прежде чем они стали сверхновыми и унесли большую часть своей массы в космос.
Эти ядра, масса которых примерно в 1,5 раза превышает массу Солнца, являются одними из самых плотных объектов во Вселенной; единственное, что плотнее, это черная дыра.
Их масса упакована в сферу диаметром всего 20 километров (12 миль) или около того; при такой плотности протоны и электроны могут объединяться в нейтроны. Единственное, что удерживает этот шар нейтронов от коллапса в черную дыру, — это сила, необходимая для того, чтобы они заняли одни и те же квантовые состояния, называемая давлением вырождения.
В некотором смысле это означает, что нейтронные звезды ведут себя как массивные атомные ядра. Но что происходит в этот переломный момент, когда нейтроны образуют экзотические структуры или превращаются в суп из более мелких частиц, трудно сказать.
PSR J0952-0607 уже была одной из самых интересных нейтронных звезд Млечного Пути. Это то, что известно как пульсар — нейтронная звезда, которая вращается очень быстро, с струями излучения, исходящими от полюсов. Когда звезда вращается, эти полюса проносятся мимо наблюдателя (нас) наподобие космического маяка, так что кажется, что звезда пульсирует.
Эти звезды могут быть безумно быстрыми, скорость их вращения измеряется миллисекундами. PSR J0952-0607 — второй по скорости пульсар в Млечном Пути, вращающийся со скоростью 707 оборотов в секунду. (Самый быстрый лишь немного быстрее, со скоростью вращения 716 раз в секунду.)
Это также то, что известно как пульсар «черная вдова». Звезда находится на близкой орбите с двойным компаньоном — настолько близко, что ее огромное гравитационное поле притягивает материал от звезды-компаньона. Этот материал образует аккреционный диск, который вращается и питает нейтронную звезду, как вода, вращающаяся вокруг водостока. Угловой момент от аккреционного диска передается звезде, что приводит к увеличению скорости ее вращения.
Команда под руководством астрофизика Роджера Романи из Стэнфордского университета хотела лучше понять, как PSR J0952-0607 вписывается в график этого процесса. Двойная звезда-компаньон крошечная, ее масса составляет менее 10 процентов от массы Солнца. Исследовательская группа тщательно изучила систему и ее орбиту и использовала эту информацию для получения новых точных измерений пульсара.
Их расчеты дали результат, в 2,35 раза превышающий массу Солнца, плюс-минус 0,17 массы Солнца. Предполагая, что начальная масса стандартной нейтронной звезды примерно в 1,4 раза превышает массу Солнца, это означает, что PSR J0952-0607 высосал из своего двойного компаньона материю, эквивалентную всей солнечной. Команда говорит, что это действительно важная информация о нейтронных звездах.
«Это обеспечивает некоторые из самых сильных ограничений на свойство материи в несколько раз превышать плотность, наблюдаемую в атомных ядрах. Действительно, многие другие популярные модели физики плотной материи исключаются этим результатом». Романи объяснил.
«Высокая максимальная масса нейтронных звезд предполагает, что это смесь ядер и их растворенных верхних и нижних кварков на всем пути к ядру. Это исключает многие предполагаемые состояния веществаособенно с экзотической композицией интерьера».
Двоичный файл также показывает механизм, посредством которого изолированные пульсары, без двоичных компаньонов, может иметь скорость вращения в миллисекундах. Спутник J0952-0607 почти исчез; как только он будет полностью поглощен, пульсар (если он не перевернется за верхний предел массы и не рухнет дальше в черную дыру) сохранит свою безумно быструю скорость вращения в течение довольно долгого времени.
И он будет один, как и все остальные изолированные миллисекундные пульсары.
«По мере того, как звезда-компаньон развивается и начинает становиться красным гигантом, материал перетекает к нейтронной звезде, и это раскручивает нейтронную звезду. Раскручиваясь, она теперь становится невероятно энергичной, и из нейтрона начинает исходить ветер частиц. Затем этот ветер попадает в звезду-донор и начинает сдирать материал, и со временем масса звезды-донора уменьшается до массы планеты, а если проходит еще больше времени, то она вообще исчезает», Филиппенко сказал.
«Итак, вот как могли образоваться одинокие миллисекундные пульсары. Сначала они не были одинокими — они должны были быть в бинарной паре — но они постепенно испарили своих спутников, и теперь они одиноки».
Исследование было опубликовано в Письма из астрофизического журнала.
