Могут ли нейтронные звезды быть легче белых карликов? LIGO и Virgo стремятся обнаружить нейтронные звезды с аномально малой массой

В бескрайних просторах космоса, среди ярких галактик и туманных скоплений, скрываются объекты, чья природа ставит в тупик даже самых продвинутых исследователей. Речь идет о нейтронных звездах — сверхплотных остатках коллапсирующих звезд, где гравитация достигает своего апогея, а материя сжимается до невообразимых пределов. Большинство из них, как мы знаем, имеют массу, сравнимую с массой Солнца, однако, существуют ли «карлики» среди нейтронных звезд, чьи массы в разы меньше? Это не просто академический вопрос — ответ на него может перевернуть наше понимание о фундаментальных законах физики.

Почему эти «карлики» так важны?

А что, если я скажу вам, что за крошечными звездами, затерянными во Вселенной, может скрываться ключ к разгадке самых загадочных тайн космоса? Нейтронные звезды с малой массой, если они существуют, могли бы пролить свет на так называемое уравнение состояния — зависимость давления от плотности вещества внутри этих объектов. Понимание этой зависимости критично для изучения свойств ядерной материи в экстремальных условиях и поможет нам заглянуть в самые темные уголки Вселенной.

Кроме того, такие объекты могут быть следами необычных процессов формирования звезд. Возможно, их появление связано с процессами, о которых мы даже не подозреваем. Представьте, что мы откроем целый новый класс нейтронных звезд, которые до сих пор ускользали от нашего внимания.

Поиски иголки в стоге сена

Исследования, о которых пойдет речь, представляют собой настоящее детективное расследование, где гравитационные волны — это улики. Гравитационные волны, как рябь на поверхности пруда, распространяются сквозь пространство-время, неся в себе информацию об объектах, их породивших. Эти «пульсации» были впервые обнаружены в 2015 году и с тех пор стали мощным инструментом в арсенале астрономов.

Астрономы из Сиракузского университета, используя данные, полученные от обсерваторий LIGO и Virgo, предприняли беспрецедентную попытку найти низкомассивные нейтронные звезды, чьи массы могут быть менее 1.4 массы Солнца. Сделано это было не «в лоб», а с учетом их уникальных свойств, о которых речь пойдет ниже.

При чем тут приливная деформируемость?

Представьте себе каплю воды на столе. Если к ней прикоснуться, она деформируется. Аналогично, нейтронные звезды, находящиеся вблизи друг друга, искажаются под действием гравитации. Но у звезд с низкой массой эта деформация выражена сильнее, чем у их более массивных аналогов. Эта приливная деформируемость — своего рода «фирменный почерк» низкомассивных нейтронных звезд, и ее учет оказался ключевым моментом в исследовании.

Предыдущие поиски подобных объектов не учитывали эту особенность, что могло приводить к потере большей части сигналов. Фактически, по оценкам авторов, прошлые исследования могли пропустить до 30% сигналов от таких систем. Вдумайтесь — целый мир потенциальных открытий мог ускользнуть от нашего внимания!

Что удалось выяснить?

Итак, что же удалось выяснить? После анализа огромного количества данных, к сожалению, ученым не удалось обнаружить ни одной низкомассивной нейтронной звезды. Однако, это не повод для разочарования. Напротив, отсутствие обнаружений позволило ученым наложить ограничение на скорость слияния таких систем, то есть на то, как часто они сталкиваются друг с другом.

Эти ограничения являются важным шагом в понимании распределения и частоты встречаемости нейтронных звезд во Вселенной. Выяснилось, что скорость слияния низкомассивных нейтронных звезд должна быть менее 6.4 x 10⁴ Гпк⁻³ год⁻¹ для систем с так называемой «чирп-массой» в 0.2 массы Солнца и 2.2 x 10³ Гпк⁻³ год⁻¹ для чирп-массы в 0.7. Для справки, «чирп-масса» — это комбинация масс компонентов бинарной системы, влияющая на форму гравитационной волны.

Перспективы

Но не стоит думать, что на этом поиски завершены. Наоборот, они только начинаются! Будущие обсерватории и усовершенствованные методы анализа позволят нам заглянуть еще дальше и детальнее изучить гравитационные волны.

Кто знает, возможно, следующее поколение детекторов позволит нам наконец-то обнаружить эти «невидимые» звезды и приоткрыть завесу тайны над темными уголками Вселенной. И тогда, мы наконец-то сможем окончательно разобраться в природе экстремальной материи и процессах, формирующих самые странные объекты в космосе.