Экзотическая физика: выяснилось, какой должна быть нейтронная звезда, чтобы стать черной дырой

Физики выяснили, насколько компактными могут стать нейтронные звезды, остатки массивных звезд, взорвавшихся сверхновой, и нашли способ проверить свойства ядерной физики в очень экстремальных условиях. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Проблема с размером нейтронной звезды

Когда массивная звезда взрывается сверхновой, то появляется нейтронная звезда. Это небольшой (диаметром примерно 10 км), но очень плотный объект, имеющий массу до 3 масс Солнца. Хотя модели предсказывают диаметр нейтронных звезд на уровне 10 км, их точный размер до конца не ясен. По словам физиков, хотя массу нейтронной звезды можно узнать максимально точно, с размером возникают проблемы.

Существует несколько причин, почему определить диаметр нейтронной звезды сложно. Все известные нейтронные звезды находятся очень далеко, но главная проблема связана с тем, что физики называют уравнением состояния. Оно описывает плотность и давление внутри нейтронной звезды, из которого можно точно определить ее диаметр и другие характеристики.

Проблема в том, что условия внутри нейтронной звезды настолько экстремальны, что они выводят наше понимание ядерной физики на новый уровень. Столовая ложка вещества нейтронной звезды может весить миллиард тонн. Под таким высоким давлением атомы сжимаются, а положительно заряженные протоны сливаются с отрицательно заряженными электронами, образуя объект, полный нейтронов.

Экзотическая физика

Но в центре нейтронной звезды может преобладать экзотическая физика. Например, там могут существовать гипотетические частицы гипероны или же огромная гравитация заставляет нейтроны вести себя очень странным образом. Проверить это невозможно, поскольку физики не могут воспроизвести условия внутри нейтронной звезды в лаборатории.

Поэтому вместо одного уравнения состояния для нейтронных звезд существует целый список возможных уравнений состояния, по одному для каждой модели, описывающей возможные условия внутри нейтронной звезды.

Чтобы оценить, насколько компактной может стать нейтронная звезда, физики рассмотрели десятки тысяч уравнений состояния. Но, чтобы упростить задачу, они рассматривали только максимально возможную нейтронную звезду в каждом случае.

По словам ученых, для каждого уравнения состояния существует максимально допустимая масса. Любая масса нейтронной звезды, превышающая максимально допустимую, приведет к образованию черной дыры. Из наблюдений известно, что максимально допустимая масса нейтронной звезды должна составлять от двух до трех масс Солнца.

Сюрприз для физиков

Физики с удивлением обнаружили, что существует верхний предел компактности нейтронной звезды, и, исходя из этого, соотношение между массой нейтронной звезды и ее диаметром всегда меньше 1 к 3.

По словам ученых, измерив массу нейтронной звезды, можно сказать, что ее диаметр должен быть в три раза больше ее массы. Физики также обнаружили, что это соотношение справедливо для всех уравнений состояния, независимо от максимальной массы нейтронной звезды.

На первый взгляд это может показаться удивительным, поскольку можно было бы автоматически предположить, что самые массивные нейтронные звезды будут самыми компактными, поскольку их гравитация будет сильнее, пытаясь заставить их сжиматься. Вместо этого экзотическая ядерная физика, действующая в нейтронных звездах, по-видимому, уравновешивает ситуацию, говорят ученые.

Теперь осталось проверить эту теорию с помощью будущих наблюдений.

Как уже писал Фокус, астрономы обнаружили, что сверхмассивная черная дыра запускала мощное излучение спустя несколько месяцев после разрушения звезды. Это говорит о том, что черные дыры иногда "просыпаются"после периодов бездействия.

Также Фокус писал о том, что ученые обнаружили огромный кратер на юге Китае, который образовался в результате падения астероида 10 000 лет назад. В результате падения выделилась энергия, эквивалентная 600 000 тонн тротила.