Нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во Вселенной и более массивны, чем Солнце. Но, вопреки всему, астрономы заметили то, что кажется нейтронной звездой на расстоянии нескольких тысяч световых лет в послесвечении сверхновой, с массой всего 77% от массы Солнца - намного меньше, чем предсказывала теория. Это открытие (самой легкой потенциальной нейтронной звезды, известной на сегодняшний день) бросает вызов нашему пониманию звездной физики.
Нейтронные звезды возникают в результате гравитационного коллапса массивных звезд, когда они израсходовали все ядерное топливо в своих ядрах; эти массивные звезды (от 8 до 30 солнечных масс) слишком велики, чтобы стать белыми карликами, и слишком малы, чтобы образовать черные дыры. Гравитационный коллапс звездного ядра сопровождается взрывом внешних слоев, образуя сверхновую звезду. Нейтронные звезды обычно имеют очень высокую скорость вращения и сильное магнитное поле.
Они состоят в основном из нейтронов в сверхтекучем состоянии и имеют чрезвычайно высокую плотность массы: их масса обычно в 1,4-2,3 раза превышает массу Солнца, а диаметр составляет всего около 20 километров! Однако в 2015 году астрономы обнаружили нейтронную звезду, принадлежащую к бинарной системе (названую J0453+1559), которая оказалась намного легче обычной: ее масса была оценена в 1,17 солнечных масс. Это самая легкая нейтронная звезда, известная на сегодняшний день. Но рассматриваемая звезда еще менее массивна, что говорит о том, что в нашем понимании этих сверхплотных объектов есть некоторые пробелы.
"Наблюдения исключительно тяжелых или легких нейтронных звезд особенно интересны, поскольку они расширяют диапазон центральных плотностей, исследуемых наблюдениями, и, таким образом, позволяют проверить предсказания ядерной физики в более широком пространстве параметров", — говорят авторы статьи, описывающей открытие.
Эта звезда была обнаружена в центре остатка сверхновой звезды, названной HESS J1731-347. Предыдущие исследования определили, что она находится на расстоянии более 10 000 световых лет от нас. Однако в случае нейтронных звезд измерения расстояний (которые основаны на их рентгеновском излучении) ограничены, и поэтому трудно точно определить другие характеристики звезды.
Однако недавно была обнаружена вторая звезда, светящая в диапазоне длин волн, скрытая в HESS J1731-347, что дает астрономам более "надежный" ориентир. Основываясь на моделировании рентгеновского спектра и надежной оценке расстояния по наблюдениям спутника Gaia, группа астрономов из Университета Эберхарда Карлса в Тюбингене, Германия, пересчитала расстояние до HESS J1731-347. Объект оказался гораздо ближе, чем ожидалось, на расстоянии около 8150 световых лет.
Исследователи пришли к выводу, что другие характеристики нейтронной звезды, включая ее массу, также должны быть неверными. Согласно новым расчетам, масса нейтронной звезды эквивалентна 0,77 солнечной массы, а ее радиус оценивается в 10,4 километра.
"Наша оценка предполагает, что этот объект является либо самой легкой из известных нейтронных звезд, либо "странной звездой" с более экзотическим уравнением состояния", — заключают исследователи в журнале Nature Astronomy.
Если это действительно нейтронная звезда легче, чем ожидалось, еще предстоит определить, как она могла образоваться. Современные модели не учитывают это наблюдение, но этот беспрецедентный объект дает возможность разработать новую теорию образования нейтронных звезд.
"Полученные ограничения на массу и радиус по-прежнему полностью совместимы со стандартной интерпретацией нейтронной звезды и могут быть использованы для улучшения астрофизических ограничений на уравнение состояния холодной плотной материи в этой гипотезе", — пишут исследователи.
По словам астрофизика Виктора Дорошенко, первого автора исследования, одна из гипотез заключается в том, что большая часть массы исходной звезды была удалена из ядра во время взрыва. Это может быть связано с присутствием второй звезды, видимой в облаке обломков, которая может быть "ядром гигантской звезды, потерявшей большую часть своих внешних слоев", — сказал Дорошенко в интервью Inverse. Это вызвало бы образование облака пыли, которое могло повлиять на физику взрыва близлежащей звезды таким образом, что она потеряла больше материала, чем обычно. Команда планирует провести детальное компьютерное моделирование для проверки этой гипотезы.
Также будет изучена теория "странной звезды": это гипотетический, очень плотный тип звезды, состоящий в основном из странных кварков (или s-кварков). Такая звезда теоретически очень мала - даже меньше нейтронных звезд - но чрезвычайно плотна. Идея заключается в том, что когда ядро массивной звезды разрушилось, оно было настолько сжато, что нейтроны слились, высвободив субатомные частицы, из которых они состоят, и образовав "суп" из странной материи.
Но до сих пор астрофизики не находили во Вселенной странных звезд, и остается вопрос, может ли такая звезда быть достаточно стабильной, чтобы существовать. Команда планирует провести дальнейшие исследования для проверки обеих теорий.