Охота за мертвыми звездами

«Нейтронные звезды интересны не только астрономам. Это уникальные лаборатории экстремальной физики », – говорит Мануэль Линарес, профессор физического факультета NTNU.

Нейтронные звезды интересны не только астрономам. Это уникальные лаборатории экстремальной физики. Авторы и права: НАСА, CXC, SAO, Ф. Сьюард и др.

В течение следующих пяти лет Линарес будет руководить исследовательской группой, занимающейся изучением и поиском нейтронных звезд. ЕС поддерживает разведку с помощью Консолидаторного гранта ERC в размере 2 млн евро.

«Наша цель – найти самые массивные нейтронные звезды и больше узнать о двойных системах, в которых мы охотимся за ними», – говорит Линарес.

Профессор принимал участие в разработке нового метода измерения масс нейтронных звезд. Подробнее об этом позже. Поисковая операция получила название LOVE-NEST. Аббревиатура означает – что еще, как не? – Поиск сверхмассивных нейтронных звезд. Четыре постдокторантуры и четыре доктора философии. привлекаются кандидаты, а это настоящая команда.

Но что такое нейтронные звезды? Чтобы объяснить это, нам нужно посмотреть, что происходит, когда звезды умирают.

Когда звезды умирают, существует несколько возможностей. И нет, мы не говорим о лучших продажах музыки или некритических похвалах в некрологах. Мы все еще говорим о настоящих звездах. Звезды в основном умирают, когда они израсходовали свое топливо. Потом некоторые из них взрываются.

То, чем они станут впоследствии, зависит от того, насколько они были большими при рождении – другими словами, от той массы, которую они имели при формировании.

Звезды с малой массой становятся белыми карликами. Некоторые из них могут продолжать светиться при низкой интенсивности в течение миллиардов лет. Возможно, однажды это будет судьба нашего собственного солнца.
Некоторые из самых массивных звезд превращаются в знаменитые черные дыры – область в космосе, где гравитация настолько сильна, что даже свет не может уйти.
Вместо этого не очень массивные звезды превращаются в нейтронные звезды. Это происходит, когда масса при рождении примерно в 10-25 раз превышает массу нашего собственного Солнца. И эти нейтронные звезды очень особенные.

Нейтронные звезды маленькие, но чрезвычайно плотные. Один кубический метр отработанной нейтронной звезды может весить до одного квинтиллиона килограммов. Возможно, вам сложно это представить, но это цифра 1, за которой следуют 18 нулей, или 1 000 000 000 000 000 000.

По той же причине гравитационное поле крошечной нейтронной звезды может быть в 100 миллиардов раз сильнее, чем то, которое мы испытываем на поверхности Земли. Если вам интересно, это цифра 1 с 11 нулями.

«Нейтронные звезды имеют большую массу, чем наше собственное Солнце, но обычно имеют диаметр всего около 20 километров», – говорит Линарес.

Наша собственная Луна, напротив, имеет диаметр около 3500 километров, а Земля – ​​чуть более 12700 километров. Нейтронные звезды было бы более или менее невозможно найти, если бы мы смотрели на них только глазами. Но мы этого не делаем. Вот почему мы знаем довольно много.

«Мы знаем более 3000 нейтронных звезд в нашей галактике, но многие другие скрыты от нас», – говорит Линарес.

Одна из причин, по которой мы знаем о некоторых из них, а о других нет, заключается в том, что некоторые нейтронные звезды превращаются в пульсары. Эти пульсары вращаются несколько раз в секунду, создавая электромагнитное излучение. Мы можем измерить это излучение, которое позволяет нам узнать, где находится звезда, даже если мы не видим саму звезду.

Подавляющее большинство известных нам нейтронных звезд – пульсары. Магнетары – это еще один тип нейтронных звезд, где мы можем наблюдать эффект их сверхсильных магнитных полей, но в этой статье мы остановимся на самых быстро вращающихся пульсарах. Как будто найти крошечные нейтронные звезды на огромных просторах Вселенной было недостаточно сложно, LOVE-NEST также стремится определить их массы.

«Измерение массы возможно, когда нейтронная звезда соединилась с другой звездой», – говорит Линарес.

Отдельно взвесить нейтронную звезду сложно, но легче измерить влияние нейтронной звезды на другую звезду.

«Мы разработали новый и более точный метод измерения массы особенно интересного типа пульсаров», – говорит Линарес.

Новый метод использует разницу температур для расчета скорости и массы. Вы можете подумать, что наше собственное Солнце горячее, но оно остается около 6000 градусов Кельвина (это система температур, которую используют физики) на поверхности и чуть более 14 миллионов градусов К. внутри.

Нейтронные звезды могут поддерживать температуру до 100 миллионов градусов К. Эти звезды явно ничего не делают на полпути.

«Когда обычная звезда и пульсар вращаются вокруг общего центра масс, пульсар влияет на температуру этой звезды-компаньона», – говорит профессор. Сторона звезды-компаньона, ближайшая к пульсару, конечно, намного горячее, чем другая сторона.

Профессор Линарес наблюдал это не так давно в рамках своей работы в Политехническом университете Каталонии (UPC) в Испании, используя известные астрономические обсерватории на Канарских островах.

«Из-за этого пульсара температура поверхности звезды-компаньона изменилась на 2400 градусов по Цельсию», – говорит профессор.

Изменение температуры также изменяет химический спектр, излучаемый звездой-компаньоном. Физики могут измерить этот спектр, даже если две звезды находятся на расстоянии 10 000 световых лет.

«Это спектральное измерение, в свою очередь, позволяет нам узнать, насколько быстро звезда-компаньон обращается вокруг пульсара в любой момент времени. Зная скорость, мы также можем вычислить массу », – говорит Линарес.

Этот пульсар имел массу в 2,3 раза больше нашего Солнца. LOVE-NEST будет искать именно такие нейтронные звезды.

Профессор должен быть достаточно занят, продвигаясь вперед, но у него еще есть время поделиться своими знаниями. В январе Линарес будет преподавать наблюдательную астрофизику для магистрантов физики в NTNU. Вполне возможно, что нейтронные звезды тоже появятся на этом пути.