Загадку состава нейтронных звёзд помогут решить детекторы гравитационных волн

Согласно одной из гипотез, внутри нейтронных звёзд плещется целый спектр кварков разных уровней. Эти субатомные частицы, на которые внутри нейтронных звёзд распадаются нейтроны, обеспечивают высочайшую плотность вещества во Вселенной, которой нельзя добиться в земных условиях. Что на самом деле происходит в нейтронных звёздах доподлинно неизвестно, но учёные надеются узнать это с помощью новых инструментов.

Источник изображения: NASA/Goddard Space Flight Center

Таким инструментом для наблюдения за нейтронными звёздами должны стать детекторы гравитационных волн типа LIGO, которые несколько лет назад впервые в истории земной науки обнаружили присутствие таких волн во Вселенной. Инструмент 14 сентября 2015 года зафиксировал слияние двух чёрных дыр с массами в 29 и 36 Солнц, которое произошло 1,3 млрд лет назад. Нейтронные звёзды в двойных системах также создают мощнейшие гравитационные волны в момент слияния, но эти события (или большинство из них), пока находятся за пределами чувствительности действующих детекторов.

Между тем, слияние нейтронных звёзд и последствия столкновения порождают определённые выбросы энергии (в том числе в виде гравитационных волн), фиксируя которые можно узнать о массе объектов и их радиусах. Сегодня мы лишь примерно предполагаем, что нейтронные звёзды, которые из-за своей природы в большинстве не видны в земные телескопы, имеют радиус от 10 до 20 км при массе до 2 масс Солнца (ниже анимация процессов при слиянии двух нейтронных звёзд).

Анализируя гравитационные волны, мы сможем довольно точно определить радиус и массы слившихся нейтронных звёзд в двойных системах, что даст нам понимание внутреннего состава этих объектов. В свежем исследовании учёные из Принстонского университета показали, как правильно интерпретировать эти данные и какие коэффициенты необходимо использовать при математических расчётах в зависимости от массы сталкивающихся нейтронных звёзд. Фактически они представили математический аппарат, в который достаточно внести данные измерений. Осталось только получить эти данные.

Кстати, обсерватория LIGO получила апгрейд и существенно повысит свою чувствительность. Новый цикл наблюдений будет запущен в 2024 году. Новые открытия не за горами.