В 2015 году астрофизики обнаружили двойную систему, состоящую из двух компактных звёзд: пульсара (магнитной быстро вращающейся нейтронной звезды, излучающей свет) и звезды-компаньона с массой всего 1,174 солнечных масс (M?). Этот показатель значительно ниже, чем у других известных нейтронных звёзд с точно измеренными массами.
Природа объекта в системе J0453+1559 долгое время оставалась загадкой: часть учёных предполагала, что это нейтронная звезда, другие считали её белым карликом. Эти два типа звёзд имеют разное происхождение: нейтронные звёзды формируются в результате взрывов массивных звёзд, а белые карлики — после «сброса» внешних слоёв светилами малой и средней массы.
Группа исследователей из Университета Монаша и Технологического университета Свинберна провела трёхмерное моделирование взрывов сверхновых, чтобы проверить гипотезу о нейтронной природе загадочного объекта. Результаты указывают на то, что компаньон пульсара действительно может быть нейтронной звездой, а не белым карликом.
«Ранее мы работали над статьёй, которая была опубликована в Nature Astronomy — она анализировала распределение масс нейтронных звёзд. Система J0453+1559 привлекла внимание из-за аномально низкой массы объекта, но подобные “лёгкие” нейтронные звёзды встречаются и в других случаях», — пояснил Бернхард Мюллер, ведущий автор исследования.
Учёные начали с анализа 25 моделей звёздной эволюции, близких к минимальной массе, необходимой для взрыва сверхновой. Из них они выделили пять кандидатов, где структура ядра (особенно масса железно-кремниевой зоны) предполагала формирование нейтронной звезды с рекордно низкой массой. Однако, как отметил Мюллер, итоговая масса объекта зависит от динамики взрыва: «Вещество может продолжать падать на нейтронную звезду даже во время развития взрыва, что усложняет расчёты».
Трёхмерные симуляции, охватывающие процесс коллапса ядра и взрыва, позволили точно предсказать массы нейтронных звёзд для выбранных моделей. Результаты подтвердили, что объект массой 1,17 M? в системе J0453+1559 с высокой вероятностью является нейтронной звездой.
«Это исследование не только решает давний спор, но и демонстрирует, как современное 3D-моделирование помогает анализировать распределение масс нейтронных звёзд и чёрных дыр, раскрывая физику их формирования», — добавил Мюллер.
В будущем команда планирует расширить симуляции, чтобы детальнее изучить свойства нейтронных звёзд и чёрных дыр — их начальные массы, скорости движения и вращения. Отдельной задачей станет исследование происхождения магнитных полей, особенно у магнетаров — нейтронных звёзд с силой поля до 1015 Гаусс. «Пока неясно, почему некоторые звёзды рождаются с такими экстремальными характеристиками. Надеемся, что 3D-моделирование прольёт свет и на эту загадку», — заключил учёный.