Астрономия

Описаны субатомные взаимодействия внутри нейтронных звезд

Maciej Rebisz/Quanta

Эффект резонанса, возникший между двумя нейтронными звездами, позволил британским ученым описать внутреннюю структуру этих космических объектов. Результаты работы не только дают представление о составе нейтронных звезд, но также важны для понимания взаимодействия протонов и нейтронов, определяющих структуру всей материи. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Нейтронные звезды представляют один из возможных финалов эволюции звезд и состоят из нейтронного ядра, окруженного тонкой оболочкой из тяжелых атомных ядер и электронов. Масса этих космических тел сравнима с массой Солнца, а радиус составляет всего несколько десятков километров, что делает их самыми плотными объектами во Вселенной. Ученые из Университета Бата обнаружили, что взаимодействие двух нейтронных звезд, по спирали движущихся к столкновению, дает ключ к разгадке их состава.

«Хотя сила, которая связывает кварки в нейтроны и протоны, достаточно изучены, до сих пор неизвестно, как она работает, когда большое количество нейтронов и протонов объединяются. Улучшить понимание этого помогают экспериментальные данные, однако ядра атомов, которые мы исследуем на Земле, имеют почти равное соотношение нейтронов и протонов и примерно одинаковую плотность, — рассказывает соавтор исследования Уилл Ньютон. — Нейтронные звезды предоставляют совершенно иную среду, где материя состоит в основном из одних нейтронов и охватывает диапазон плотностей, в десять раз превышающих плотность атомных ядер».

Ключевую роль во взаимодействии нейтронных звезд, за которыми наблюдали ученые, играет резонанс. Этот эффект возникает, когда колебания двух объектов влияют друг на друга. Когда пара нейтронных звезд входит в резонанс, их твердая оболочка начинает разрушаться. Это приводит к испусканию яркой вспышки гамма-излучения, которую можно наблюдать со спутников. Измерения параметров излучения и силы гравитационной волны позволили ученым вычислить так называемую «энергию симметрии» и соотношение протонов и нейтронов в ядре. Они проследили, как это соотношение изменяется под воздействием экстремальных плотностей нейтронных звезд. Значение энергии симметрии дает представление о составе нейтронных звезд и взаимодействии протонов и нейтронов, определяющих структуру всей материи.