Определена максимальная масса нейтронной звезды

Недавнее наблюдение гравитационных волн от слияния нейтронных звезд позволило астрофизикам установить самые точные ограничения на возможную массу этих объектов. Согласно новым оценкам, масса такого тела не может превосходить 2,16 масс Солнца. Статья с результатами опубликована в Astrophysical Journal Letters.

Нейтронные звезды — это финальный этап эволюции звезд, в недрах которых начались термоядерные реакции, когда их масса составляла от 10 до 29 масс Солнца. После того, как ядерное топливо заканчивается, светило проходит этап сверхновой, когда большая часть внешних слоев выбрасывается, а масса оставшейся нейтронной звезды достигает обычно около 1,4 масс Солнца. Из теории известно, что эти остатки не могут быть тяжелее 3 масс Солнца, так как в таком случае они превратились бы в черные дыры. Однако надежную более точную оценку получить не удавалось, так как не все параметры таких звезд известны. В частности, по-прежнему есть неопределенность в уравнении их состояния — зависимости между давлением и плотностью. Масса самых крупных тел этого класса, известных ученым, — пульсаров PSR J0348+0432 и PSR J1614–2230 — составляет около двух масс Солнца.

В новой работе астрофизики из Франкфуртского университета имени Иоганна Гете применили разработанный несколько лет назад подход, основанный на универсальных соотношениях. В рамках этой гипотезы все невращающиеся нейтронные звезды считаются похожими, что позволяет описывать их при помощи безразмерных величин. Использовав в дополнение к этому подходу данные, полученные благодаря наблюдению гравитационно-волнового и электромагнитного сигналов от августовского слияния нейтронных звезд, ученым удалось получить выражения, которые не зависят от уравнения состояния.

В результате удалось поставить самые точные на сегодня ограничения: максимальная масса нейтронной звезды не может быть больше 2,16 масс Солнца с точностью в несколько процентов. Авторы отмечают, что комбинация теоретического метода и наблюдательных данных позволяет получать ответ без громоздких вычислений и без дополнительных предположений. Это позволяет надеяться, что будущие регистрации слияний позволят существенно улучшить данную оценку, что, в свою очередь, в том числе поможет разобраться с уравнением состояния вещества нейтронных звезд — одной из самых экстремальных форм материи во Вселенной.