Начиная с 1960-х годов, после открытия первых нейтронных звезд, ученые-астрономы и астрофизики задавались вопросом, насколько массивными могут быть эти экзотические космические объекты? В отличие от черных дыр, нейтронные звезды не могут “набирать массу” за счет материи, находящейся в прилегающем пространстве. И впервые в истории астрономии, ученые из университета Гете во Франкфурте, Германия, с достаточно высокой точностью рассчитали верхний предел массы нейтронных звезд, который составил 2.16 массы Солнца.
При среднем радиусе в 12 километров и при массе, в два раза больше массы Солнца, нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во Вселенной, производящими гравитационные поля, сопоставимые с гравитационными полями черных дыр. Масса большей части нейтронных звезд составляет порядка 1.4 солнечной массы, но ученым известны примеры и более массивных нейтронных звезд, к примеру, пульсар PSR J0348+0432, который в 2.01 раза более массивен, нежели Солнце.
За счет своей огромной плотности и массы, нейтронная звезда, согласно имеющимся теориям, при достижении определенного порога разрушилась бы и превратилась в черную дыру. При этом, “спусковым механизмом” этого процесса может стать один единственный нейтрон, несмотря на его крошечную массу.
Основой для вычислений верхнего порога массы нейтронной звезды стали так называемые “универсальные отношения” (universal relations), подход, разработанный исследователями из Франкфурта несколько лет назад. Этот подход подразумевает, что все нейтронные звезды настолько подобны друг другу, что некоторые их свойства могут быть выражены при помощи постоянных безразмерных величин, констант. Ученые объединили теорию “универсальных отношений” с данными о гравитационных волнах и последующем электромагнитном излучении, вызванными процессом столкновения и слияния нейтронных звезд. Как, наверное, помнят наши читатели, данное событие было зарегистрировано в прошлом году датчиками гравитационной обсерватории LIGO.
Наличие достаточно точных реальных данных значительно упростило процесс вычислений, сделав их практически независимыми от ряда уравнений, являющихся теоретической моделью, описывающей свойства и поведение самого плотного вещества во Вселенной. Именно эта модель используется для получения информации о составе материи на различной глубине внутри звезд.
Данная работа является отличным примером взаимодействия и взаимного дополнения теоретических и экспериментальных исследований. “Теория, как обычно, всегда нуждается в экспериментальных доказательствах, которые позволяют определить и сузить области действия этой теории” – пишут исследователи, – “В данном случае, наблюдения за слиянием нейтронных звезд, которое произошло за миллионы световых лет от нас, позволили найти решение загадки, которую не могли решить астрономы на протяжении последних 50 лет”.
И в заключение следует отметить, что данная работа была опубликована в издании “Letter of the Astrophysical Journal”. А самым интересным является то, что спустя всего несколько дней после ее публикации, еще две группы ученых из США и Японии подтвердили полученные результаты, следуя, при этом, различными путями и используя различные подходы при своих расчетах.