В течение многих лет астрономы, говоря о нейтронных звездах, указывают на диаметр таких объектов от 19 до 27 километров. Даже это – достаточно точно, учитывая расстояния до них. Но физикам из Института Макса Планка и Института Альберта Эйнштейна удалось разработать методику для более точного измерения радиусов нейтронных звезд.
В своей работе авторы описывали типичную нейтронную звезду массой примерно в 1,4 масс Солнца. Ученые исходили из того массива данных, который был получен из наблюдений за аккрецией вещества нейтронными звездами, а также из слияния двух нейтронных звезд, которое породило гравитационные волны GW170817, обнаруженные в 2017 году детекторами LIGO и Virgo. Имеющиеся данные позволили ученым оценить физику процесса, которая довольно однообразна в случае с нейтронными звездами.
Такие объекты образуются, когда у массивной звезды заканчивается топливо и происходит коллапс. Ядро звезды разрушается, превращая все в достаточно однородную массу нейтронов. Если ядро коллапсирующей звезды имеет массу от одной до трех солнечных, возникает нейтронная звезда. Звезды с более массивными ядрами продолжат коллапсировать до черной дыры.
И если массы обычных звезд при одинаковых размерах могут достаточно широко варьироваться, поскольку различается тип и плотность вещества в них, есть иные переменные, то у нейтронных звезд все более четко, поскольку они сделаны из примерно одного и того же материала с одинаково высокой плотностью – о типе вещества не идет речи. Поэтому авторы взяли за объект исследования нейтронную звезду массой в 1,4 солнечных, поскольку это типичная масса для таких объектов. И существует прямая связь между массой и размером нейтронной звезды, учитывая ее состав. Эту схему можно применить ко всем нейтронным звездам, что дает возможность рассчитать достаточно точно размер объекта, исходя из массы, с использованием известных физических законов.
Авторы исследования смогли доказать, что при массе в 1,4 солнечных нейтронная звезда будет иметь радиус от 10,4 до 11,9 километра, что является максимально точным измерением на данный момент.
