Физици са изчислили доколко компактни могат да станат неутронните звезди — остатъците от масивни звезди, които са избухнали като свръхнови. И са намерили начин да проверят свойствата на ядрената физика при изключително екстремни условия. Изследването е публикувано в сървъра за препринти arXiv, съобщава Space.

Проблемът с размера на неутронните звезди

Когато една масивна звезда избухне като свръхнова, остава неутронна звезда — малък (около 10 км диаметър), но изключително плътен обект с маса до три слънчеви маси.

Макар че моделите предсказват диаметър около 10 км, точният размер все още не е известен.
Физиците могат да измерят масата на неутронна звезда с голяма точност, но диаметърът остава неясен.

Основната причина е свързана с така нареченото уравнение на състоянието — то описва връзката между плътността и налягането във вътрешността на звездата и позволява да се изчислят нейният размер и други характеристики, пише Space.

Но условията вътре в неутронните звезди са толкова екстремни, че надхвърлят разбирането ни за ядрената физика.

Под такова налягане атомите се смачкват, а протоните и електроните се сливат, образувайки звезда, съставена почти изцяло от неутрони.

Екзотична физика във вътрешността

В центъра на неутронната звезда може да действа екзотична физика — например да съществуват хипотетични частици хиперони, или гравитацията да кара неутроните да се държат по неочакван начин.

Физиците не могат да възпроизведат тези условия в лаборатория, затова има множество възможни уравнения на състоянието, по едно за всяка теоретична хипотеза.

Търсене на най-компактната неутронна звезда

Учените са разгледали десетки хиляди уравнения на състоянието, като във всяко от тях са изчислили максимално възможната маса на неутронната звезда.
Ако масата ѝ надвиши тази граница – звездата се срутва и става черна дупка.

От наблюдения се знае, че максималната маса на неутронна звезда е между две и три слънчеви маси.

Физиците с изненада открили, че има универсална горна граница на компактността на неутронните звезди: съотношението между масата и радиуса им винаги е по-малко от 1 към 3.

Тоест диаметърът на неутронната звезда трябва да бъде поне три пъти по-голям от нейната маса (в съответните гравитационни единици).

Това се оказва вярно за всички модели, независимо от конкретното уравнение на състоянието.

На пръв поглед това е изненадващо – би се очаквало най-масивните звезди да са и най-компактни. Но изглежда, че екзотичната ядрена физика вътре в тях уравновесява гравитацията и не позволява на неутронната звезда да се свие повече.

Сега остава тази теория да бъде проверена чрез бъдещи наблюдения — с помощта на мисии като NICER (на Международната космическа станция) и гравитационно-вълновите детектори LIGO, Virgo и KAGRA.