Новая модель впервые объясняет, как образовалась самая лёгкая из известных нейтронных звёзд.
Бинарная система J0453+1559, о которой впервые сообщили в 2013 году, включает в себя пару нейтронных звёзд, которые вращаются вокруг друг друга каждые 4,07 дня. Эта система стала объектом детальных наблюдений, поскольку находится всего в 4000 световых годах от Земли.
Одна из нейтронных звёзд примерно в 1,6 раза превышает массу нашего Солнца. Меньший член пары всего в 1,174 раза тяжелее Солнца, что делает её самой лёгкой из известных нейтронных звёзд. Её диаметр составляет всего 24 км — примерно размером с столицу Южной Австралии Аделаиду.
Нейтронные звёзды — одни из самых плотных объектов во Вселенной. Одна чайная ложка вещества нейтронной звезды будет весить около 10 миллионов тонн. Они образуются из коллапсирующего железного ядра массивной звезды, пережившей сверхновую.
Иллюстрация нейтронной звезды. Источник: NASA.
Недавно исследования изучали, как образуются самые крупные из известных нейтронных звёзд (более чем в два раза тяжелее Солнца). Но о другом конце спектра — самых лёгких нейтронных звёздах — известно меньше. Изучение этих объектов может иметь значение для физики ядер высокой плотности, эволюции звёзд и физики взрывов сверхновых.
Современные теории не привели к компьютерным симуляциям, которые бы точно воспроизводили путь образования нейтронных звёзд с массой менее примерно 1,36 массы Солнца. Эти симуляции основаны на теории, что меньшие нейтронные звёзды образуются из кислородно-неонно-магниевого ядра, которое подвергается быстрому захвату электронов, а не из железного ядра.
Теперь команда астрофизиков из австралийского университета Монаша успешно смоделировала образование самых лёгких нейтронных звёзд. Их выводы опубликованы в «Physical Review Letters».
«Это наименьшая масса нейтронной звезды, когда-либо полученная в трёхмерных симуляциях, и теперь у нас есть случай, когда мы можем проверить наши модели и теории на очень точных наблюдениях», — говорит соавтор Бернард Мюллер.
Они проверили свои симуляции на 25 теоретических массивных звёздах. Звёзды имели массу от 9,45 до 9,95 массы Солнца и ядра, которые были от 1,481 до 1,585 массы Солнца. В каждом случае они проводили симуляции динамики, когда каждая из звёзд подвергалась взрыву сверхновой.
Из 25 потенциальных звёзд-прародителей пять моделей показали перспективу, приведя к образованию маломассивных нейтронных звёзд примерно в 1,2 раза тяжелее Солнца, что соответствует наблюдениям за самыми лёгкими нейтронными звёздами.
Удивительно, но модели также предполагают, что самые лёгкие нейтронные звёзды образуются не в результате сверхновых с захватом электронов, а в результате коллапса железного ядра.
«Весь этот вопрос о том, насколько велики нейтронные звёзды и как распределяются их массы, является частью очень большой головоломки, которую мы теперь можем начать собирать воедино с помощью детальных симуляций», — говорит Мюллер.
«Наши открытия расширяют границы того, что мы знаем о формировании нейтронных звёзд и, соответственно, о сопровождающих их взрывах сверхновых», — добавляет Мюллер.
«Хотя предстоит ещё много работы, этот прогресс подчёркивает захватывающий потенциал вычислительной астрофизики для проверки и уточнения наших теорий о Вселенной», — комментирует соавтор Александр Хегер.