Od objavu neutrónových hviezd v 60. rokoch minulého storočia sa vedci snažili odpovedať veľmi dôležitá otázka: aké hmotné môžu byť neutrónové hviezdy? Na rozdiel od čiernych dier tieto hviezdy nemôžu mať ľubovoľnú hmotnosť. A astrofyzici z univerzity. Goethe dokázal vypočítať hornú hranicu maximálnej hmotnosti neutrónových hviezd.

Neutrónové hviezdy s polomerom približne 12 kilometrov a hmotnosťou, ktorá môže byť dvakrát väčšia ako hmotnosť , patria medzi najhustejšie objekty vo vesmíre a vytvárajú gravitačné polia porovnateľné so silou ako tie, ktoré vytvára . Väčšina neutrónových hviezd má hmotnosť približne 1,4-krát väčšiu ako Slnko, známe sú však aj príklady, ako napríklad pulzar PSR J0348+0432, ktorý má hmotnosť Slnka 2,01.

Hustota týchto hviezd je obrovská, je približne taká, ako keby boli Himaláje stlačené do veľkosti hrnčeka na pivo. Existuje však dôvod domnievať sa, že neutrónová hviezda s maximálnou hmotnosťou sa zmenší na čiernu dieru, ak sa k nej pridá čo i len jeden neutrón.

Spolu so svojimi študentmi Eliasom Mostom a Lukasom Weichom, prof. Luciano Rezzolla, fyzik, vedúci výskumný pracovník Frankfurtského inštitútu pre pokročilé štúdium (FIAS) a profesor teoretickej astrofyziky na Goethe University Frankfurt, teraz vyriešil problém, ktorý zostal nezodpovedaný. už 40 rokov. Ich záver je nasledovný: s pravdepodobnosťou až niekoľkých percent maximálna hmotnosť nerotujúcich nemôže prekročiť 2,16 hmotnosti Slnka.

Základom tohto výsledku bol prístup „univerzálnych vzťahov“ vyvinutý pred niekoľkými rokmi vo Frankfurte. Existencia „univerzálnych pomerov“ znamená, že prakticky všetky neutrónové hviezdy sú si „podobné“, čo znamená, že ich vlastnosti možno vyjadriť bezrozmernými veličinami. Vedci spojili tieto „univerzálne vzťahy“ s údajmi o gravitačných vlnách a elektromagnetickom žiarení, ktoré získali pri minuloročnom pozorovaní dvoch neutrónových hviezd v rámci experimentu. To značne zjednodušuje výpočty, pretože ich robí nezávislými od stavovej rovnice. Táto rovnica je teoretický model používaný na opis hustej hmoty vo vnútri hviezdy, ktorá poskytuje informácie o jej zložení v rôznych hĺbkach. Preto takéto univerzálne spojenie hralo významnú úlohu pri určovaní novej maximálnej hmotnosti.

Získaný výsledok je dobrý príklad interakcie teoretických a experimentálnych štúdií. „Krása teoretického výskumu je v tom, že nám umožňuje robiť predpovede. Táto teória však zúfalo potrebuje experimenty na zúženie niektorých neistôt,“ hovorí profesor Rezzolla. „Je preto veľmi pozoruhodné, že pozorovanie zrážky jedinej neutrónovej hviezdy, ku ktorej došlo milióny svetelných rokov ďaleko, v kombinácii s univerzálnymi vzťahmi objavenými v našom teoretická práca nám umožnilo vyriešiť záhadu, o ktorej sa v minulosti toľko špekulovalo.“

Výsledky boli zverejnené ako list astrofyzický časopis (Astrophysical Journal). Len o niekoľko dní neskôr výskumné tímy z USA a Japonska potvrdili svoje zistenia, napriek tomu, že doteraz zaujali odlišné a nezávislé prístupy.

Nastáva po výbuchu supernovy.

Toto je západ slnka života hviezdy. Jeho gravitácia je taká silná, že vyvrhuje elektróny z obežných dráh atómov a mení ich na neutróny.

Keď stratí podporu vnútorného tlaku, skolabuje a to vedie k výbuch supernovy.

Pozostatky tohto telesa sa stali Neutrónovou hviezdou, ktorá má hmotnosť 1,4-násobok hmotnosti Slnka a polomer takmer rovný polomeru Manhattanu v Spojených štátoch.

Hmotnosť kocky cukru s hustotou neutrónovej hviezdy je...

Ak si napríklad vezmeme kúsok cukru s objemom 1 cm 3 a predstavíme si, že je vyrobený z hmota neutrónovej hviezdy, potom by jeho hmotnosť bola približne jedna miliarda ton. To sa rovná hmotnosti približne 8 tisíc lietadlových lodí. malý predmet s neuveriteľná hustota!

Novonarodená neutrónová hviezda sa môže pochváliť vysokou rýchlosťou rotácie. Keď sa hmotná hviezda zmení na neutrónovú, zmení sa rýchlosť jej rotácie.

Rotujúca neutrónová hviezda je prirodzený elektrický generátor. Jeho rotácia vytvára silné magnetické pole. Táto obrovská sila magnetizmu zachytáva elektróny a iné častice atómov a posiela ich obrovskou rýchlosťou hlboko do vesmíru. Častice s vysokou rýchlosťou majú tendenciu vyžarovať žiarenie. Blikanie, ktoré pozorujeme u pulzarových hviezd, je vyžarovanie týchto častíc.Všimneme si ho ale až vtedy, keď jeho žiarenie smeruje naším smerom.

Rotujúca neutrónová hviezda je pulzar, exotický objekt, ktorý sa objavil po výbuchu supernovy. Toto je koniec jej života.

Hustota neutrónových hviezd je rozložená inak. Majú kôru, ktorá je neskutočne hustá. Ale sily vo vnútri neutrónovej hviezdy sú schopné preraziť kôru. A keď sa to stane, hviezda upraví svoju polohu, čo vedie k zmene jej rotácie. Toto sa nazýva: kôra je prasknutá. Na neutrónovej hviezde dôjde k výbuchu.

články

Kevin Gill/flickr.com

Nemeckí astrofyzici spresnili maximálnu možnú hmotnosť neutrónovej hviezdy na základe výsledkov meraní gravitačných vĺn a elektromagnetického žiarenia z. Ukázalo sa, že hmotnosť nerotujúcej neutrónovej hviezdy nemôže byť väčšia ako 2,16 hmotnosti Slnka, uvádza sa v článku uverejnenom v r. Astrophysical Journal Letters.

Neutrónové hviezdy sú superhusté kompaktné hviezdy, ktoré vznikajú počas výbuchov supernov. Polomer neutrónových hviezd nepresahuje niekoľko desiatok kilometrov a hmotnosť môže byť porovnateľná s hmotnosťou Slnka, čo vedie k obrovskej hustote hmoty hviezdy (asi 10 17 kilogramov na meter kubický). Hmotnosť neutrónovej hviezdy zároveň nemôže prekročiť určitú hranicu - objekty s vo veľkom počte sa zrútia do čiernych dier vlastnou gravitáciou.

Podľa rôznych odhadov horná hranica hmotnosti neutrónovej hviezdy leží v rozmedzí od dvoch do troch hmotností Slnka a závisí od rovnice stavu hmoty, ako aj od rýchlosti rotácie hviezdy. V závislosti od hustoty a hmotnosti hviezdy vedci rozlišujú niekoľko rôznych typov hviezd, schematický diagram je znázornený na obrázku. Po prvé, nerotujúce hviezdy nemôžu mať hmotnosť väčšiu ako M TOV (biela plocha). Po druhé, keď hviezda rotuje konštantnou rýchlosťou, jej hmotnosť môže byť buď menšia ako M TOV (svetlozelená plocha) alebo väčšia (svetlozelená), no stále nesmie prekročiť ďalší limit, M max . Napokon, neutrónová hviezda s premenlivou rýchlosťou rotácie môže mať teoreticky ľubovoľnú hmotnosť (červené oblasti rôznej jasnosti). Vždy však treba pamätať na to, že hustota rotujúcich hviezd nemôže prekročiť určitú hodnotu, inak sa hviezda aj tak zrúti do čiernej diery (zvislá čiara v diagrame oddeľuje stabilné riešenia od nestabilných).

Diagram rôznych typov neutrónových hviezd na základe ich hmotnosti a hustoty. Kríž označuje parametre objektu vytvoreného po zlúčení hviezd binárneho systému, bodkované čiary označujú jednu z dvoch možností vývoja objektu.

L. Rezzolla a kol. / The Astrophysoccal Journal

Skupina astrofyzikov pod vedením Luciana Rezzollu stanovila nové, presnejšie limity maximálnej možnej hmotnosti nerotujúcej neutrónovej hviezdy M TOV. Vedci pri svojej práci využili údaje z predchádzajúcich štúdií o procesoch, ktoré prebiehali v systéme dvoch splývajúcich neutrónových hviezd a viedli k emisii gravitačných (udalosť GW170817) a elektromagnetických (GRB 170817A) vĺn. Súčasná registrácia týchto vĺn sa ukázala ako veľmi dôležitá udalosť pre vedu, viac sa o nej dočítate v našom a v materiáli.

Z predchádzajúcich prác astrofyzikov vyplýva, že po zlúčení neutrónových hviezd vznikla hypermasívna neutrónová hviezda (teda jej hmotnosť M > M max), ktorá sa ďalej vyvíjala podľa jedného z dvoch možných scenárov a po krátkom období času sa zmenil na čiernu dieru (bodkované čiary v diagrame). Pozorovanie elektromagnetickej zložky žiarenia hviezdy naznačuje prvý scenár, v ktorom baryónová hmotnosť hviezdy zostáva prakticky konštantná a gravitačná hmotnosť pomerne pomaly klesá v dôsledku vyžarovania gravitačných vĺn. Na druhej strane, záblesk gama žiarenia zo systému prišiel takmer súčasne s gravitačnými vlnami (iba o 1,7 sekundy neskôr), čo znamená, že bod premeny na čiernu dieru by mal ležať blízko M max .

Ak teda sledujeme vývoj hypermasívnej neutrónovej hviezdy späť do počiatočného stavu, ktorého parametre boli s dobrou presnosťou vypočítané v predchádzajúcich prácach, môžeme nájsť hodnotu M max, ktorá nás zaujíma. Keď poznáme M max , je už ľahké nájsť M TOV , keďže tieto dve hmotnosti sú spojené vzťahom M max ≈ 1,2 M TOV . V tomto článku astrofyzici vykonali takéto výpočty pomocou takzvaných "univerzálnych vzťahov", ktoré spájajú parametre neutrónových hviezd rôznych hmotností a nezávisia od tvaru stavovej rovnice ich hmoty. Autori zdôrazňujú, že ich výpočty využívajú len jednoduché predpoklady a nie sú založené na numerických simuláciách. Konečný výsledok pre maximálnu možnú hmotnosť bol medzi 2,01 a 2,16 hmotnosti Slnka. Spodná hranica pre ňu bola získaná skôr v dôsledku pozorovaní masívnych pulzarov v binárnych systémoch - inými slovami, maximálna hmotnosť nemôže byť menšia ako 2,01 hmotnosti Slnka, pretože astronómovia skutočne pozorovali neutrónové hviezdy s takou veľkou hmotnosťou.

Už predtým sme písali o tom, ako astrofyzici používajú počítačové simulácie hmotnosti a polomeru neutrónových hviezd, ktorých zlúčenie viedlo k udalostiam GW170817 a GRB 170817A.

Dmitrij Trunin

MOSKVA 28. augusta - RIA Novosti. Vedci objavili rekordnú neutrónovú hviezdu s dvojnásobnou hmotnosťou ako Slnko, čo ich prinúti prehodnotiť množstvo teórií, najmä teóriu, že vo vnútri superhustej hmoty neutrónových hviezd môžu byť prítomné „voľné“ kvarky. k článku publikovanému vo štvrtok v časopise Nature.

Neutrónová hviezda je „mŕtvola“ hviezdy, ktorá zostala po výbuchu supernovy. Jeho veľkosť nepresahuje veľkosť malého mesta, ale hustota hmoty je 10-15 krát vyššia ako hustota atómového jadra - "štipka" hmoty neutrónovej hviezdy váži viac ako 500 miliónov ton.

Gravitácia „lisuje“ elektróny na protóny a mení ich na neutróny, a preto dostali neutrónové hviezdy svoje meno. Až donedávna sa vedci domnievali, že hmotnosť neutrónovej hviezdy nemôže presiahnuť dve hmotnosti Slnka, pretože inak by gravitácia „zrútila“ hviezdu do čiernej diery. Stav vnútra neutrónových hviezd je do značnej miery záhadou. Diskutuje sa napríklad o prítomnosti „voľných“ kvarkov a takých elementárnych častíc, ako sú K-mezóny a hyperóny v centrálnych oblastiach neutrónovej hviezdy.

Autori štúdie, skupina amerických vedcov pod vedením Paula Demoresta z National Radio Observatory, skúmali dvojhviezdu J1614-2230, vzdialenú tri tisícky svetelných rokov od Zeme, ktorej jednou zložkou je neutrónová hviezda a druhou biely trpaslík.

Neutrónová hviezda je zároveň pulzar, teda hviezda, ktorá vyžaruje úzko nasmerované rádiové emisné prúdy; v dôsledku rotácie hviezdy možno tok žiarenia zachytiť z povrchu Zeme pomocou rádioteleskopov pri rôznych časových intervaloch.

Biely trpaslík a neutrónová hviezda sa navzájom otáčajú. Rýchlosť rádiového signálu zo stredu neutrónovej hviezdy však ovplyvňuje gravitácia bieleho trpaslíka, „spomaľuje“ ho. Vedci, ktorí merajú čas príchodu rádiových signálov na Zem, dokážu s vysokou presnosťou určiť hmotnosť objektu „zodpovedného“ za oneskorenie signálu.

"Máme veľké šťastie s týmto systémom. Rýchlo rotujúci pulzar nám dáva signál prichádzajúci z dokonale umiestnenej obežnej dráhy. A čo viac, náš biely trpaslík je na tento typ hviezd pomerne veľký. Táto jedinečná kombinácia nám umožňuje naplno využiť výhodu efektu Shapiro (oneskorenie gravitačného signálu) a zjednodušuje merania,“ hovorí spoluautor Scott Ransom.

Binárny systém J1614-2230 je umiestnený tak, že ho možno pozorovať takmer zboku, teda v rovine obežnej dráhy. To uľahčuje presné meranie hmotnosti hviezd, z ktorých sa skladá.

V dôsledku toho sa hmotnosť pulzaru rovnala 1,97 hmotnosti Slnka, čo bol rekord pre neutrónové hviezdy.

„Tieto merania hmotnosti nám hovoria, že ak sa v jadre neutrónovej hviezdy vôbec nachádzajú kvarky, nemôžu byť ‚voľné‘, ale s najväčšou pravdepodobnosťou musia medzi sebou interagovať oveľa silnejšie ako v ‚obyčajných‘ atómových jadrách,“ vysvetľuje. vedúci skupiny astrofyzikov zaoberajúcich sa touto problematikou, Feryal Ozel (Feryal Ozel) z University of Arizona.

"Prekvapuje ma, že niečo také jednoduché, ako je hmotnosť neutrónovej hviezdy, môže povedať toľko v toľkých rôznych oblastiach fyziky a astronómie," hovorí Ransom.

Astrofyzik Sergej Popov zo Šternberského štátneho astronomického inštitútu poznamenáva, že štúdium neutrónových hviezd môže poskytnúť podstatné informácie o štruktúre hmoty.

"V pozemských laboratóriách je nemožné študovať hmotu s hustotou oveľa vyššou ako jadrová. A to je veľmi dôležité pre pochopenie toho, ako svet funguje. Našťastie takáto hustá hmota existuje v hlbinách neutrónových hviezd. Na určenie vlastností tohto hmoty, je veľmi dôležité vedieť, akú maximálnu hmotnosť môže mať neutrónová hviezda a nepremeniť sa na čiernu dieru,“ povedal Popov pre RIA Novosti.