Сливающиеся нейтронные звезды раскроют секреты Вселенной

По мнению ученых, обнаружение большего количества таких неравных слияний может однажды помочь разгадать космическую загадку, связанную с ускорение расширения Вселенной, а также с конечной судьбой космоса.

В 2017 году астрономы стали свидетелями невиданного ранее события - слияния двух нейтронных звезд. Нейтронные звезды - это остатки крупных звезд, погибших в результате катастрофических взрывов сверхновых. Нейтронные звезды обычно маленькие, с диаметром около 19 километров, но они чрезвычайно плотные. Масса нейтронной звезды может быть примерно как у Солнца, а чайная ложка материала нейтронной звезды весит около миллиарда тонн, что в целом делает нейтронные звезды самыми плотными объектами Вселенной, кроме черных дыр. Их название происходит от того, что гравитационное притяжение звездных остатков достаточно сильно, чтобы раздробить протоны и электроны для формирования нейтронов.

Открытие 2017 года было сделано, когда ученые обнаружили рябь в ткани пространства-времени, известной как гравитационные волны, которая излучалась наружу в результате столкновения пары нейтронных звезд, расположенных на расстоянии около 130 миллионов световых лет от Земли, получившего название GW170817. Астрономы быстро подтвердили эту находку наблюдениями с обычных телескопов по всему миру, впервые отметив обнаружение гравитационных и электромагнитных волн в результате астрономического события.

Лучшее понимание слияний нейтронных звезд может пролить свет на происхождение самых тяжелых элементов во Вселенной. Недавние открытия показали, что большая часть золота и других элементов, тяжелее железа в периодической таблице, родилась после столкновения нейтронных звезд.

В процессе отслеживания учеными открытия, огромное количество вещества, выброшенного в результате столкновения, и яркость этого мусора оказались неожиданной загадкой. Одним из возможных объяснений является участие в слиянии нейтронных звезд разных размеров. Теперь ученые нашли двойную систему, состоящую из нейтронных звезд разных размеров, что подтверждает вероятность образования GW170817 после слияния между такими нейтронными звездами.

Используя обсерваторию Аресибо, гигантский радиотелескоп в Пуэрто-Рико и проект Einstein@Home, исследователи проанализировали пульсар PSR J1913 + 1102, который расположен примерно в 23290 световых лет от Земли и был впервые обнаружен в 2012 году. Пульсары - это вращающиеся нейтронные звезды, которые испускают двойные пучки радиоволн из магнитных полюсов. Эти лучи пульсируют, астрономы видят их только тогда, когда полюс пульсара направлен на Землю. Отсюда и название «пульсар» - пульсирующая звезда.

PSR J1913 + 1102 является частью двойной системы с другой нейтронной звездой. По оценкам ученых, эти нейтронные звезды, находящиеся на расстоянии меньше ширины Солнца, столкнутся примерно через 470 миллионов лет.

Исследователи обнаружили, что пульсар значительно больше своего спутника, около 1,62 массы Солнца по сравнению с 1,27 массами Солнца. Это наиболее неравномерное слияние между двойными нейтронными звездами, которое когда-нибудь произойдет.

Поскольку пульсар значительно крупнее своего соседа, гравитационное притяжение пульсара искажает его форму, удаляя большие количества материала до того, как они действительно сольются, и потенциально разрывая его на части. Такое разрушение разбрасывает больше горячего материала, чем ожидалось от слияния нейтронных звезд равной массы, что может помочь объяснить загадку GW170817.

По мнению ученых асимметричные двоичные системы могут составлять около 10% всех двойных систем сливающихся нейтронных звезд.

Поскольку слияние асимметричных нейтронных звезд приводят к деформации более мелких нейтронных звезд их более крупными соседями, исследование такого неравного партнерства может помочь исследователям «глубже понять, из чего состоит нейтронная звезда», сказал Роберт Фердман, астрофизик из Университета восточной Англии. «Из какой материи состоит внутренняя часть нейтронной звезды всё ещё остается загадкой, поэтому наблюдение деформаций, которые испытывает нейтронная звезда, поможет лучше понять их».

Кроме того, исследователи отметили, что гравитационное слияние нейтронных звезд может пролить свет на космическую тайну, касающуюся ускорения расширения Вселенной. Космос продолжал расширяться, хотя начался около 13,8 миллиардов лет назад. Измеряя нынешнюю скорость расширения Вселенной, известную как постоянная Хаббла, ученые могут определить возраст космоса, а также узнать, как он развивался с течением времени. Они могут даже попытаться определить судьбу Вселенной, например, будет ли она расширяться вечно, коллапсирует или разорвется на части.

Два основных метода, которые ученые используют для измерения постоянной Хаббла, дают противоречивые результаты. Но последние результаты показывают, что исследователи могут измерить постоянную Хаббла, используя гравитационные волны от сливающихся нейтронных звезд. Фердман отметил, что асимметричные слияния нейтронных звезд, которые создают обнаруживаемые гравитационные и электромагнитные сигнатуры, могут привести к очень точным измерениям постоянной Хаббла и помочь разрешить конфликт постоянной Хаббла.

В будущем исследователи хотят найти больше асимметричных двойных нейтронных звезд, «чтобы получить более конкретное представление о их распространенности», сказал Фердман.

Ученые подробно изложили свои выводы в журнале Nature.