Астрофізики вперше вивчили внутрішню будову нейтронних зірок. Виявилося, в залежності від маси у них може бути або жорстка мантія і м’яке ядро, або навпаки — м’яка оболонка, що оточує тверду серцевину.
Дослідники з Франкфуртського університету ім. Гете провели масштабне моделювання рівнянь стану нейтронних зірок. Аналіз швидкості звуку всередині цих компактних об’єктів вперше розкрив їх внутрішню будову.
У своєму дослідженні, опублікованому в The Astrophysical Journal Letters, вчені розробила більше мільйона різних рівнянь стану для нейтронних зірок. Всі вони з одного боку відповідають законам теоретичної ядерної фізики, а з іншого — астрономічним спостереженням.
Оцінюючи рівняння стану, особливо швидкість поширення звуку всередині таких об’єктів, вчені зробили несподіване відкриття. “Легкі” нейтронні зірки, маса яких не перевищує 1,7 сонячної, мають м’яку мантію і жорстке ядро, в той час, як внутрішня структура більш важких зірок має зворотну будову. Крім того, незалежно від маси діаметр таких космічних об’єктів не перевищує 12 км.
Художня ілюстрація зірок, що нагадують праліне. Зображення: P. Kiefer / L. Rezzolla, Goethe University Frankfurt
Дослідники відзначають, що нейтронні зірки нагадують шоколадні праліне: легкі зірки нагадують фундук, оточений м’яким шоколадом, тоді як важкі зірки можна розглядати скоріше, як ті цукерки, де твердий шар містить м’яку начинку. Результати дослідження дозволять передбачати радіуси і максимальну масу нейтронних зірок, а також визначать, як вони будуть деформуватися в подвійних системах.
Незважаючи на значну кількість спостережень про нейтронні зірки поки відомо вкрай мало, відзначають автори дослідження. Такі космічні об’єкти утворюються після смерті зірки: маса нашого Сонця або навіть більше стискається в сферу діаметром з велике місто. Такі надкомпактні умови складно відтворити в земній лабораторії, а тому моделювання екстремальних умов всередині нейтронних зірок залишається великою проблемою.
Тому існує безліч моделей, в яких різні властивості — від щільності до температури — описуються за допомогою рівнянь стану. Вони моделюють структуру нейтронних зірок від поверхні до внутрішнього ядра.