Астрономы раскрыли еще одну любопытную загадку нейтронных звезд

Подтверждение существования гравитационных волн в 2017 году позволяет ученым открывать совершенно новые грани физики, но также вызывает новые вопросы. Обнаружение каждой гравитационной волны ставит новую задачу — узнать, что именно вызвало это событие. Иногда это сложнее, чем кажется.

Ученые считают, что они нашли модель гибели звезд, которая помогает объяснить некоторые ранее необъяснимые открытия и указывает на галактику с гораздо более массивными нейтронными звездами, чем считалось ранее.

В науке принято собирать данные, которые не соответствуют современной научной теории. Такого рода информация была получена в результате второго в истории исследования гравитационных волн, проведенного лазерной интерферометрической обсерваторией гравитационных волн (LIGO). Обычно LIGO регистрирует гравитационные волны, возникающие в результате столкновения двух очень плотных объектов, таких как черная дыра и нейтронная звезда. В случае же одного странного явления, первоначально зарегистрированного в 2019 году и теперь известного как GW190425, данные указывали на источник, который напоминает две сливающиеся нейтронные звезды — но при этом аномально массивные.

Нейтронные звезды трудно «увидеть» в традиционном смысле этого слова. Как и их близкий родственник, черная дыра, они обычно образуются только после взрыва сверхмассивной звезды. Однако иногда они образуют пульсары, одни из ярчайших объектов во Вселенной. Как правило, единственный способ увидеть систему двойной нейтронной звезды (такой как та, которая создала сигнал гравитационной волны GW190425), — это если одна из двух звезд в системе является пульсаром, а затем взаимодействует с «обычной» нейтронной звездой по соседству. Но ни одна из известных систем двойных нейтронных звезд до сих пор не имела достаточно тяжелых звезд, чтобы соответствовать сигналу, наблюдаемому LIGO.

Им не хватало таких звезд частично из-за того, что более крупные звезды после гибели превращались в черные дыры, а не в нейтронные звезды. Однако гравитационные сигналы исходили от слияния гигантских нейтронных звезд, а не от слияния черных дыр. Так что же на самом деле вызывает образование этих больших нейтронных звезд и почему они не появляются в двойных парах с пульсарами?

По словам доктора Винья-Гомес, ответ может заключаться в звездном типе, который называется «лишенная звезда». Эти звездные объекты, также называемые гелиевой звездой, образуются только в двойных системах, и их водородная внешняя оболочка вытесняется другой звездой в системе, оставляя «голое» ядро ​​из чистого гелия. Команда смоделировала эти типы звезд, чтобы понять, что с ними происходит после сверхновой. Это зависит от двух факторов: веса оставшегося ядра и силы взрыва сверхновой.

Используя модели звездной эволюции, ученые продемонстрировали, что для гелиевых звезд некоторые внешние слои гелия могут быть уничтожены во время взрыва сверхновой, что снизит вес звезды до такой степени, что она больше не сможет стать черной дырой. Это потенциально могло бы объяснить происхождение тяжелых нейтронных звезд, но остается еще один вопрос: почему они не становятся заметнее в двойных системах с пульсарами?

Ответ приходит из стандартного процесса в бинарных системах — массопереноса. Часто одна звезда в двойной системе уступает часть своего материала другой, более массивной звезде в процессе, известном как массоперенос. В системах нейтронных звезд он может иногда превращать нейтронную звезду в пульсар. Однако чем больше гелиевое ядро ​​звезды, тем менее вероятен процесс массопереноса. Таким образом, в системах, которые образуют массивные нейтронные звезды, слишком низка вероятность того, что они окажутся в двойной системе с пульсаром.

Другие данные LIGO подтверждают эту теорию. Похоже, что слияния тяжелых нейтронных звезд столь же обычны во Вселенной, как слияния немного менее массивных нейтронных звезд с пульсарами. Может существовать целая популяция больших двойных систем нейтронных звезд, невидимая для наших обычных методов обнаружения. Но теперь, благодаря LIGO, мы должны, по крайней мере, видеть, когда они сливаются, что приближает человечество к истинному пониманию того, как устроены законы образования новых светил.