Уточнено радіус типових нейтронних зірок

Міжнародна група астрофізиків точніше визначила властивості ядерної матерії всередині нейтронних зірок, об’єднавши дані експериментів із важкими іонами, вимірювань гравітаційних хвиль та теоретичного моделювання. Це дозволило накласти обмеження на радіус типових нейтронних зірок. Результати опубліковані у журналі Nature.

Автори використали результати експериментів зі зіткнення іонів золота, проведених у Центрі вивчення важких іонів імені Гельмгольца в Дармштадті (Німеччина), а також у Брукхейвенській національній лабораторії та Національній лабораторії Лоуренса в Берклі в США. Крім цього, вони проаналізували дані про вимірювання маси нейтронних зірок за допомогою радіоспостережень, дані приладу NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) на МКС та багатоканальних спостережень за злиттями нейтронних зірок.

zirkaa5f76be604e2Нейтронні зірки народжуються внаслідок вибухів наднових, що виникають при загибелі масивних зірок. Іноді нейтронні зірки утворюють подвійні системи і зрештою стикаються одна з одною. Ці високоенергетичні астрофізичні явища характеризуються екстремальними умовами та виробляють більшість важких елементів, таких як срібло та золото. Таким чином, нейтронні зірки та їх зіткнення є унікальними лабораторіями для вивчення властивостей матерії при щільності, що набагато перевищують щільність усередині атомних ядер.

Фізика та властивості нейтронних зірок описуються рівнянням стану, який на даний момент погано вивчений. Проблема у тому, що з екстремальних значеннях щільності на властивості речовини значною мірою починає впливати енергія симетрії, що відбиває здатність атомних ядер зберігати свою стабільність, і навіть визначає частку протонів.

Астрофізики виявили, що обмеження, отримані в результаті зіткнень іонів золота з прискорювачами частинок, демонструють чудову узгодженість з астрофізичними спостереженнями, навіть якщо вони отримані за допомогою різних методів. Включення даних про зіткнення важких іонів вказує на збільшення тиску в щільній речовині порівняно з попередніми аналізами, зрушуючи радіуси нейтронних зірок у бік більших значень. Так, радіус типової нейтронної зірки з масою 1,4 маси Сонця становить приблизно 11,63-12,38 кілометра за невизначеності 68 відсотків.