Астрономы впервые открыли пару нейтронных звезд с очень разной массой

В созвездии Орла астрономы обнаружили экзотическую пару нейтронных звезд с очень разной массой. Ученые полагают, что через 470 миллионов лет они столкнутся друг с другом. Их можно будет использовать для того, чтобы измерять скорость расширения Вселенной.

Нейтронные звезды – это остатки крупных выгоревших светил. После взрыва сверхновой их ядра «схлопываются» в небольшую сферу, которая по размерам сопоставима с небольшим городом. Материя внутри них сжимается так сильно, что в результате происходит цепочка реакций, в ходе которых электроны и протоны сливаются. После этого все бывшее светило превращается в шар из нейтронов.

Из-за большой массы и небольших размеров нейтронные звезды с точки зрения гравитации будут очень сильно взаимодействовать с любыми соседями, которые будут находиться относиться недалеко от них. Вращаясь друг вокруг друга, оба объекта будут терять энергию, вырабатывая гравитационные волны, и постепенно сближаться. Благодаря этому пары нейтронных звезд и их сочетания с другими типами светил очень интересны для астрофизиков, которые изучают природу гравитации.

Впервые, как отмечают Фердман и его коллеги, ученые смогли проследить за подобным событием в августе 2017 года, когда гравитационные обсерватории LIGO и VIRGO впервые в истории зафиксировали гравитационные волны от слияния двух нейтронных звезд в галактике NGC 4993. Этот процесс сопровождался вспышкой света, за которой наблюдало около трети всех астрономов Земли.

Первые наблюдения за событием GW170817, как его стали называть ученые, неожиданно указали на то, что столкновение нейтронных звезд пошло не по тому сценарию, который предсказывали теоретические модели. В частности, из-за их слияния произошел выброс чрезмерно большого количества материи и относительно слабой вспышке почти всех типов электромагнитных волн.

Это расхождение, по словам ученых, можно объяснить тем, что масса одной из нейтронных звезд была примерно на 20% ниже, чем у другой. В результате непосредственно перед слиянием со второй нейтронной звездой первая разрушилась. Однако теория считала, что этого не может быть. Это породило массу теоретических споров о природе GW170817.

Наблюдая за пульсаром PSR J1913+1102, Фердман и его коллеги получили первые доказательства того, что массы нейтронных звезд в тесных парах подобных светил действительно могут сильно различаться. Этот пульсар расположен в созвездии Орла на расстоянии в 23 тыс. световых лет от Земли и представляет собой двойную нейтронную звезду, совокупная масса которой больше солнечной примерно в 2,88 раза.

Измеряя, насколько сильно «запаздывают» или «спешат» сигналы от каждой нейтронной звезды, отклоняясь от типичной частоты их формирования, ученые смогли очень точно вычислить их массу.

Эти замеры показали, что в системе PSR J1913+1102 расположены две нейтронные звезды тяжелее Солнца примерно в 1,62 и 1,27 раза. Как предполагают ученые, более крупный пульсар возник первым, после чего он начал захватывать материю прародителя менее крупной нейронной звезды, что раскрутило его и привело к гибели второго светила.

Сейчас эти объекты расположены на относительно большом расстоянии друг от друга, около 1,25 млн км. Вырабатываемые ими гравитационные волны слишком слабы, чтобы их можно было заметить при помощи LIGO или других детекторов гравитационных волн. По той же причине ученые предполагают, что в далеком будущем, примерно через 470 млн лет, они столкнутся.

С другой стороны, открытие этой «неравновесной» пары нейтронных звезд в ближайших окрестностях Земли говорит о том, что подобные объекты встречаются в космосе достаточно часто. Их существование объясняет аномальный характер вспышки GW170817, а также дает астрономам надежду на то, что последующие открытия подобных слияний помогут им узнать, как устроены нейтронные звезды, а также измерить скорость расширения Вселенной и провести новые проверки теории относительности.

Статья опубликована в журнале Nature 
Источник: ИТАР-ТАСС