12 Міжнародна команда астрофізиків з Китаю та Австралії вперше встановила початкову масу нейтронних зір на момент їх формування, розв’язавши давню загадку в астрофізиці.
Це фундаментальне відкриття має суттєве значення для розуміння еволюції нейтронних зір та інтерпретації гравітаційних хвиль, що реєструються при злитті цих надзвичайно щільних космічних об’єктів. Результати дослідження, очолюваного професором Сінцзян Чжу з Пекінського педагогічного університету (колишнім дослідником Центру передового досвіду з відкриття гравітаційних хвиль), опубліковані в престижному науковому журналі Nature Astronomy.
“Розуміння маси народження нейтронних зірок є ключем до розкриття історії їхнього формування”, — пояснює д-р Саймон Стівенсон, дослідник OzGrav з Університету Свінберна і співавтор дослідження. “Ця робота забезпечує важливу основу для інтерпретації виявлення гравітаційних хвиль при злитті нейтронних зірок”.
Що таке нейтронні зорі та чому важливо знати їхню початкову масу
Нейтронні зорі — це одні з найбільш екзотичних об’єктів у Всесвіті, що утворюються внаслідок катастрофічного колапсу масивних зір. Коли зоря, маса якої перевищує масу Сонця щонайменше у 8 разів, вичерпує своє ядерне паливо, вона вибухає як наднова, а її ядро колапсує, формуючи нейтронну зорю.
Ці космічні об’єкти мають вражаючі характеристики: вони містять масу в один-два рази більшу за масу нашого Сонця, стиснуту в сфері діаметром приблизно 20 кілометрів. Щільність речовини в нейтронних зорях настільки висока, що кубічний сантиметр їхнього матеріалу важить близько мільярда тонн.
Визначення початкової маси нейтронних зір було складним завданням, оскільки традиційні методи вимірювання маси доступні лише для нейтронних зір у подвійних системах. У таких системах нейтронні зорі часто накопичують додаткову масу від своїх зоряних компаньйонів через процес акреції, що ускладнює визначення їхньої початкової маси.
Методологія та ключові результати дослідження
Для подолання цих труднощів дослідницька команда розробила інноваційний підхід. Вони проаналізували вибірку з 90 нейтронних зір у подвійних системах, для яких були доступні точні вимірювання маси.
Використовуючи сучасні статистичні методи та програмний пакет Bilby, розроблений дослідниками OzGrav, команда змогла імовірнісно оцінити масу, яку кожна нейтронна зоря набула з моменту свого народження. Віднімаючи цю оцінку від поточної виміряної маси, вони визначили розподіл мас нейтронних зір при народженні.
Отримані результати показали, що типова нейтронна зоря народжується з масою приблизно 1,3 сонячних мас. Також було виявлено, що нейтронні зорі з більшою початковою масою формуються рідше, що має важливі наслідки для розуміння механізмів вибухів наднових.
“Наш підхід дозволяє нам нарешті зрозуміти масу нейтронних зірок при народженні, що було давнім питанням в астрофізиці”, — зазначив професор Чжу, керівник дослідження.
Значення відкриття для сучасної астрофізики
Це проривне дослідження має далекосяжні наслідки для багатьох галузей астрофізики. Розуміння початкової маси нейтронних зір допомагає вченим удосконалити моделі вибухів наднових і процесів, що відбуваються в надзвичайно щільній речовині.
Крім того, ці результати мають вирішальне значення для правильної інтерпретації сигналів гравітаційних хвиль, що виникають при злитті нейтронних зір. Детектори гравітаційних хвиль, такі як LIGO та Virgo, зареєстрували кілька таких подій, і з кожним новим спостереженням зростає важливість точного розуміння властивостей нейтронних зір.
Використаний у дослідженні програмний пакет Bilby був розроблений дослідниками Центру передового досвіду з відкриття гравітаційних хвиль (OzGrav) Австралійської дослідницької ради. Цей інструмент є важливим для аналізу даних гравітаційних хвиль і моделювання астрофізичних параметрів.
Дослідження було підтримано Австралійською дослідницькою радою та Національним фондом природничих наук Китаю, демонструючи цінність міжнародного наукового співробітництва у вирішенні фундаментальних питань про наш Всесвіт.
