Недавнее слияние нейтронных звезд бросило вызов ожиданиям астрономов
Летом 2019 года гравитационная волновая обсерватория, известная под названием LIGO, во второй раз увидела слияние двух нейтронных звезд. Столкновение этих невероятно плотных объектов вызвало вздрагивание в пространстве-времени, достаточно мощное для того, чтобы быть обнаруженным здесь, на Земле. Но в отличие от первого слияния, которое соответствовало ожиданиям, это последнее событие заставило астрофизиков переосмыслить некоторые основные предположения о том, что скрывается во Вселенной. "У нас есть дилемма", - сказал Энрико Рамирес-Руис из Калифорнийского университета, Санта-Крус.
Исключительно высокая масса системы была первым признаком того, что это столкновение было беспрецедентным. И хотя одной массы звезд было недостаточно, чтобы вызвать тревогу, она намекала на сюрпризы.
В статье, опубликованной на одном из научных сайтов в январе 2020 года, Рамирес-Руиз и его коллеги утверждают, что GW190425, как известно, двухзвездная система, бросает вызов всему, что, как мы думали, мы знали о нейтронных звездных парах. Это последнее наблюдение представляется принципиально несовместимым с современным пониманием учеными того, как формируются эти звезды и как часто они образуются. В результате, исследователям, возможно, придется переосмыслить годы общепринятых знаний.
Далеко, но повсюду
До 2017 года, когда LIGO зафиксировал первое нейтронное слияние звезд, все, что мы знали о нейтронных звездах, появилось в результате наблюдений относительно близких образцов в нашей собственной галактике Млечного Пути. (Из 2500 или около того известных нейтронных звезд 18 сосуществуют в орбитальных парах, известных как бинарные нейтронные звезды). GW190425, напротив, находится на расстоянии почти 5000 Млечных Путей.
Первая загадочная вещь в нем - его масса: Общая масса новой системы составляет около 3,4 Солнца. Все известные ранее примеры бинарных нейтронных звезд весили где-то около 2.6 Солнца. Первая бинарная пара нейтронных звезд LIGO находится где-то в нижнем диапазоне этих значений.
Но высокая суммарная масса - это только первая из загадок слияния. Еще большее недоумение вызывает предполагаемое обилие больших нейтронных звезд: Основываясь на недавних наблюдениях, ученые LIGO считают, что эти тяжелые пары должны быть почти такими же распространенными, как и более легкие бинарные звездные системы, которые астрономы изучали десятилетиями. Большие нейтронные звездные пары должны быть по всей Вселенной, включая наш собственный Млечный Путь. Тогда почему их никогда раньше не замечали?
Возможно, эти слияния трудно обнаружить, потому что они происходят слишком быстро.
С телескопом, который может видеть только с помощью света (т.е. все телескопы, пока не пришел LIGO) вы должны искать в нужном месте в нужное время. Кратковременная вспышка от массивной пары нейтронных звезд может остаться незамеченной. "Если тип двоичной пары очень быстро сливается, то по статистике очень маловероятно, что вы сможете поймать такую пару", - сказал Сальваторе Витале, астрофизик из Массачусетского технологического института, который является частью программы LIGO.
LIGO меняет математические расчеты. Это всенаправленный гравитационно-волновой детектор, который следит за всем небом. Витале и остальные члены команды считают, что они наткнулись на что-то, что было практически невидимым до появления астрономии гравитационных волн.
Однако более существенная проблема, связанная с этой скрытой насыщенностью гигантских нейтронных звезд, заключается в том, что мы не можем объяснить, почему их должно быть так много.
Для начала, если массивных нейтронных звезд столько же, сколько легких, то мы должны ожидать, что найдем столько тяжелых звезд (которые их создают), сколько и легких. Но это не так: По оценкам астрономов, менее 10% всех звезд достаточно велики, чтобы создавать такие массивные нейтронные звезды. "У нас есть запутанные доказательства, полученные очень разными способами", - сказал Рамирес-Руиз.
На этом тайна не заканчивается. Лучшие из существующих компьютерных симуляций эволюции звезд просто не могут объяснить предполагаемого изобилия этих необычайно массивных пар.
Ученые часто используют компьютерное моделирование для моделирования сложных процессов в течении длительного времени. При этом авторы моделировали жизненный цикл компактных звездных объектов на миллиарды лет.