Загадочный объект может быть «странной звездой», состоящей из кварков, говорят ученые

Относительно небольшой, плотный объект, скрытый в облаке собственных взорвавшихся останков, всего в нескольких тысячах световых лет от нас, бросает вызов нашему пониманию звездной физики.

По общему мнению, это нейтрон. звезда, хотя и необычная. Масса всего 77 процентов от массы Солнца — это самая низкая масса, когда-либо измеренная для объекта такого рода.

Ранее самая легкая из когда-либо измеренных нейтронных звезд имела массу в 1,17 раза больше массы Солнца.

Это недавнее открытие не просто меньше, оно значительно меньше, чем минимальная масса нейтронной звезды, предсказанная теорией. Это говорит о том, что либо в нашем понимании этих сверхплотных объектов существует некоторый пробел… либо мы видим вовсе не нейтронную звезду, а своеобразный, никогда ранее не наблюдаемый объект, известный как «странная» звезда.

Нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во Вселенной. Это то, что остается после того, как массивная звезда, масса которой примерно в 8-30 раз превышает массу Солнца, достигла конца своей жизни. Когда у звезды заканчивается материал, необходимый для слияния в ее ядре, она становится сверхновой, выбрасывая внешние слои материала в космос.

Больше не поддерживаемое внешним давлением синтеза, ядро ​​схлопывается само по себе, чтобы образуют объект настолько плотный, что атомные ядра сжимаются друг с другом, а электроны вынуждены сближаться с протонами на время, достаточное для того, чтобы превратиться в нейтроны.

Большинство этих компактных объектов примерно в 1,4 раза больше массы Солнца, хотя теория говорит, что они могут варьироваться от чего-то массивного, примерно в 2,3 массы Солнца, до всего лишь 1,1 массы Солнца. Все это упаковано внутри сферы, только что упакованной в сферу диаметром всего 20 километров (12 миль), в результате чего каждая чайная ложка вещества нейтронной звезды весит где-то от 10 миллионов до нескольких миллиардов тонн.

Звезды с более высокой и меньшие массы, чем нейтронные звезды, также могут превращаться в плотные объекты. Более тяжелые звезды превращаются в черные дыры. Более легкие звезды превращаются в белых карликов — менее плотных, чем нейтронные звезды, с верхним пределом массы в 1,4 массы Солнца, но все же довольно компактных. Такова возможная судьба нашего собственного Солнца.

Нейтронная звезда, которая является предметом этого исследования находится в центре остатка сверхновой под названием HESS J1731-347, который, как ранее предполагалось, находится на расстоянии более 10 000 световых лет. Однако одна из трудностей в изучении нейтронных звезд заключается в плохо ограниченных измерениях расстояний. Без точного расстояния трудно получить точные измерения других характеристик звезды.

Недавно в HESS J1731-347 была обнаружена вторая оптически яркая звезда. Исходя из этого, используя данные картографического исследования Gaia, группа астрономов во главе с Виктором Дорошенко из Тюбингенского университета Эберхарда Карла в Германии смогла пересчитать расстояние до HESS J1731-347 и обнаружила, что оно намного ближе, чем предполагалось, около 8150 метров. на расстоянии световых лет.

Это означает, что предыдущие оценки других характеристик нейтронной звезды, включая ее массу, необходимо уточнить. В сочетании с наблюдениями за рентгеновским излучением нейтронной звезды (несовместимым с рентгеновским излучением белого карлика) Дорошенко и его коллеги смогли уточнить ее радиус до 10,4 км, а ее массу до ошеломляюще малой 0,77 солнечной. массы.

Это означает, что на самом деле это может быть не нейтронная звезда, какой мы ее знаем, а гипотетический объект, еще не идентифицированный в дикой природе.

«Наша оценка массы делает центральный компактный объект в HESS J1731-347, самая легкая нейтронная звезда, известная на сегодняшний день, и потенциально более экзотический объект, то есть кандидат в «странные звезды», — пишут исследователи в своей статье.

Согласно теории, странная звезда очень похожа на нейтронную звезду, но содержит большую долю фундаментальных частиц, называемых странными кварками. Кварки — это фундаментальные субатомные частицы, которые объединяются в составные частицы, такие как протоны и нейтроны. Кварки бывают шести различных типов или вкусов: верхние, нижние, очаровательные, странные, верхние и нижние. Протоны и нейтроны состоят из верхних и нижних кварков.

Теория предполагает, что в чрезвычайно сжатой среде внутри нейтронной звезды субатомные частицы распадаются на составляющие их кварки. Согласно этой модели, странные звезды состоят из материи, состоящей из равных пропорций верхних, нижних и странных кварков.

Странные звезды должны формироваться при массы достаточно велики, чтобы действительно сжимать, но поскольку свод правил для нейтронных звезд выходит за рамки, когда участвует достаточное количество кварков, по сути, нижнего предела также нет. Это означает, что мы не можем исключить возможность того, что эта нейтронная звезда на самом деле является странной звездой.

Это было бы очень круто; физики десятилетиями искали кварковую материю и странную кварковую материю. Однако, хотя странная звезда, безусловно, возможна, более вероятно, что то, на что мы смотрим, является нейтронной звездой, и это тоже очень круто.

«Полученные ограничения на массу и радиус по-прежнему полностью согласуются со стандартной интерпретацией нейтронной звезды и могут быть использованы для улучшения астрофизических ограничений на уравнение состояния холодной плотной материи при таком предположении, — пишут исследователи.

«Такая легкая нейтронная звезда, независимо от предполагаемого внутреннего состава, представляется очень интригующим объектом с астрофизической точки зрения».

Трудно установить как такая легкая нейтронная звезда могла образоваться в соответствии с нашими нынешними моделями. Так что, из чего бы он ни был сделан, плотный объект в сердце HESS J1731-347 может рассказать нам кое-что о таинственной загробной жизни массивных звезд.

Исследование группы опубликовано в Природная астрономия.