Определен радиус нейтронных звезд

Международная группа астрофизиков точнее определила свойства ядерной материи внутри нейтронных звезд, объединив данные экспериментов с тяжелыми ионами, измерений гравитационных волн и теоретического моделирования. Это позволило наложить ограничения на радиус типичных нейтронных звезд.

Результаты опубликованы в журнале Nature.

Авторы использовали результаты экспериментов по столкновению ионов золота, проведенных в Центре по изучению тяжелых ионов имени Гельмгольца в Дармштадте (Германия), а также в Брукхейвенской национальной лаборатории и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в США. Помимо этого, они проанализировали данные об измерении массы нейтронных звезд с помощью радионаблюдений, данные прибора NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) на МКС и многоканальных наблюдений за слияниями нейтронных звезд.

Нейтронные звезды рождаются в результате взрывов сверхновых, возникающих при гибели массивных звезд. Иногда нейтронные звезды образуют двойные системы и в конечном итоге сталкиваются друг с другом. Эти высокоэнергетические астрофизические явления характеризуются экстремальными условиями и производят большинство тяжелых элементов, таких как серебро и золото. Таким образом, нейтронные звезды и их столкновения являются уникальными лабораториями для изучения свойств материи при плотностях, намного превышающих плотности внутри атомных ядер.

Физика и свойства нейтронных звезд описываются уравнением состояния, которое на настоящий момент плохо изучено. Проблема состоит в том, что при экстремальных значениях плотности на свойства вещества в значительной мере начинает влиять энергия симметрии, которая отражает способность атомных ядер сохранять свою стабильность, а также определяет долю протонов.

Астрофизики обнаружили, что ограничения, полученные в результате столкновений ионов золота с ускорителями частиц, демонстрируют замечательную согласованность с астрофизическими наблюдениями, даже если они получены с помощью совершенно разных методов. Включение данных о столкновениях тяжелых ионов указывает на увеличение давления в плотном веществе по сравнению с предыдущими анализами, сдвигая радиусы нейтронных звезд в сторону больших значений. Так, радиус типичной нейтронной звезды с массой 1,4 массы Солнца составляет примерно 11,63-12,38 километра при неопределенности 68 процентов.