Обнаружена самая большая нейтронная звезда в истории наблюдений

Радиоволны, испускаемые нейтронной звездой, помогли измерить её массу.

Иллюстрация NRAO/AUI/NSF.

Астрономы открыли нейтронную звезду рекордной массы. Достижение, как ни странно, поможет постигнуть неуловимые тайны строения вещества. Подробности описаны в научной статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о нейтронных звёздах. Напомним, что эти объекты по массе сравнимы с Солнцем при диаметре в несколько километров или десятков километров. Поэтому кубический сантиметр их вещества весит сотни миллионов тонн. Плотность нейтронной звезды больше, чем у атомного ядра.

В недрах такого небесного тела материя находится в условиях, которые лишь с огромным трудом и на очень короткое время удаётся воспроизвести в лаборатории. Поэтому подобные объекты очень интересны физикам в качестве экспериментальных установок, созданных самой природой.

Особенно специалистов занимает состояние вещества на самом пределе, за которым нейтронная звезда превращается в чёрную дыру. Поэтому астрономам так важно находить нейтронные звёзды как можно большей массы.

"Эти звёзды очень экзотичны, – рассказывает соавтор работы Мора МакЛафлин (Maura McLaughlin) из Университета Западной Вирджинии. – Мы не знаем, из чего они сделаны, и есть один действительно важный вопрос: насколько массивной может быть такая звезда? Это имеет значение для [понимания свойств] весьма экзотического материала, который мы просто не можем создать в лаборатории на Земле".

Как отмечают авторы в своей статье, новая находка, вероятно, является самой массивной из когда-либо наблюдавшихся нейтронных звёзд. Её масса составляет от 1,94 до 2,32 солнечных.

Правда, другая группа исследователей сообщала, что в результате знаменитого столкновения нейтронных звёзд в августе 2017 года образовалась нейтронная звезда массой около 2,7 солнечной. Однако другая группа экспертов позднее оспорила этот вывод, обосновав, что этот катаклизм породил не рекордно тяжёлую нейтронную звезду, а рекордно лёгкую чёрную дыру.

Новое открытие было сделано с помощью радиотелескопа Green Bank. Этот радиотелескоп помог изучить объект, обозначенный J0740+6620, который является радиопульсаром. То есть эта нейтронная звезда излучает радиоволны в виде узкого луча, который с каждым оборотом небесного тела вокруг своей оси попадает в поле зрения земных радиотелескопов. Это выглядит как яркая радиовспышка (импульс пульсара). К слову, один оборот изученный тяжеловес делает за несколько миллисекунд.

J0740+6620 находится на расстоянии примерно 4600 световых лет от Земли. Как же астрономы определили массу столь удалённого небесного тела?

Дело в том, что этот пульсар не одинок. Он входит в двойную систему с белым карликом, вместе с которым обращается вокруг общего центра масс. Зная параметры этого движения, можно вычислить массу любого объекта из пары, зная массу другого.

Импульсы пульсара следуют друг за другом с выдающейся регулярностью, сравнимой с точностью атомных часов. Это позволило учёным измерить задержку, которую этот сигнал испытывает в гравитационном поле белого карлика (такое явление называется эффектом Шапиро).

По этой задержке эксперты рассчитали силу притяжения белого карлика, а вместе с ней и его массу. А зная массу одного компонента двойной системы, можно, напомним, вычислить и массу другого, в данном случае самого J0740+6620.

В теории это звучит просто, но на деле потребовало от исследователей кропотливого труда. В частности, авторы объединили результаты своих наблюдений с данными американского проекта NANOGrav, собранными более чем за двенадцать лет. Не обошлось и без везения, ведь определить массу с помощью эффекта Шапиро можно далеко не для всякой двойной системы. Требуется, чтобы её ось вращения была нужным образом ориентирована относительно наблюдателя.

Любопытно, что исследователи сделали открытие в рамках проекта по поиску длинных гравитационных волн, неуловимых для действующих земных детекторов. По расчётам учёных, такие волны должны буквально раскачивать пульсары, вызывая их периодические смещения. Такие колебания отразятся на свойствах принимаемого на Земле сигнала.

Пока подобный эффект не был обнаружен, зато была нечаянно открыта нейтронная звезда рекордной массы. Это ещё раз доказывает, что учёные порой делают интересные открытия в качестве неожиданного побочного результата изысканий, имеющих совсем другую цель.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как астрономы впервые увидели рождение двойной нейтронной звезды, а также об открытии "невидимой" нейтронной звезды.