Дикое новое исследование показывает, что нейтронные звезды на самом деле похожи на коробку шоколадных конфет

Жизнь на самом деле не похожа на коробку конфет, но кажется, что что-то там есть. Нейтронные звезды — одни из самых плотных объектов во Вселенной — могут иметь структуры, очень похожие на шоколадные конфеты, с липкими или твердыми центрами.

Из каких конфигураций частиц состоят эти центры, пока неизвестно, но новая теоретическая информация работа, раскрывающая этот удивительный результат, может приблизить нас к пониманию странных внутренностей этих мертвых звезд и диких крайностей, возможных в нашей Вселенной.

Нейтронные звезды довольно невероятны. Если рассматривать черные дыры как объекты с огромной (если не бесконечной) концентрацией материи, то нейтронные звезды занимают второе место в номинации «Самая плотная во Вселенной». Как только у звезды с массой примерно в 8-30 раз больше массы Солнца заканчивается вещество, которое может слиться в ее ядре, она больше не поддерживается внешним давлением тепла, позволяя ядру коллапсировать под действием гравитации, превращаясь в его оболочку из окружающие газы дрейфуют в космос.

В результате нейтронная звезда имеет уменьшенную массу примерно в 2,3 раза больше массы Солнца, но она сжата в сферу диаметром всего 20 километров (12 миль). Эти вещи пишутся с заглавных букв ПЛОТНОСТЬ, и что именно происходит с материей под таким умопомрачительным давлением, ученые очень хотят узнать.

Некоторые исследования предполагают, что ядра собираются вместе, пока не образуют формы, напоминающие макароны. Другие предполагают, что еще глубже внутри звезды давление становится настолько экстремальным, что атомные ядра вообще перестают существовать, конденсируясь в «суп» из кварковой материи.

Теперь физики-теоретики во главе с Лучано Резцоллой из Университета Гёте в Германии обнаружили, что нейтронные звезды могут быть похожи на шоколадные конфеты с разными начинками.

Команда объединила теоретическую ядерную физику и астрофизические наблюдения, чтобы разработать набор из более чем миллиона «уравнений состояния». Это уравнения, которые связывают давление, температуру и объем данной системы, в данном случае нейтронной звезды.

Используя их, команда разработала зависящее от масштаба описание скорости звука в нейтронных звездах. . И вот тут становится интересно. Скорость звука в данном объекте, будь то звезда или планета, может выявить структуру его внутренней части.

Подобно тому, как сейсмические волны на Земле и Марсе по-разному распространяются через материалы разной плотности, раскрывая структуры и слои, акустические волны, которые отражаются в звездах, могут показать, что происходит внутри них.

Когда команда использовала свои уравнения состояния для изучения скорости звука в нейтронных звездах, их структуры не были однородными по всей поверхности. доска. Скорее нейтронные звезды в нижней части диапазона масс, меньше массы Солнца в 1,7 раза, по-видимому, имели мягкую мантию и более твердое ядро, в то время как звезды с массой выше 1,7 массы Солнца имели твердую мантию и мягкое ядро. p>

«Этот результат очень интересен, потому что он дает нам прямое представление о том, насколько сжимаемым может быть центр нейтронных звезд», – говорит Реззолла.

«Нейтронные звезды, по-видимому, ведут себя немного как шоколадные пралине. : легкие звездочки напоминают шоколадные конфеты, в центре которых находится лесной орех, окруженный мягким шоколадом, тогда как тяжелые звездочки больше похожи на шоколадные конфеты, твердый слой которых содержит мягкую начинку.»

Похоже, это соответствует как ядерная паста, так и интерпретация кваркового супа внутренностей нейтронных звезд, но также предоставляет новую информацию, которая может помочь моделировать нейтронные звезды в диапазоне масс в будущей работе.

Это также может объяснить, как, независимо от их массы, все нейтронные звезды имеют примерно одинаковый диаметр около 20 -километров.

«Наше обширное численное исследование позволяет не только делать предсказания радиусов и максимальных масс нейтронных звезд, но и устанавливать новые ограничения на их деформируемость в двойных системах, то есть насколько сильно они искажают друг друга своими гравитационными полями», — говорит физик Кристиан Экер из Университета Гёте.

«Эти выводы станут особенно важными для уточнения неизвестного уравнения состояния с будущими астрономическими наблюдениями и обнаружением гравитационных волн. от слияния звезд».

Шоколадный пралине с ядерной пастой и творогом, кто-нибудь?

Исследование опубликовано в двух статьях в The Astrophysical Journal Letters. Их можно найти здесь и здесь.