Секреты удивительных нейтронных звезд, раскрытые гравитационными волнами

Подтверждать гравитационные волны Еще в 2017 году он продолжает открывать совершенно новые миры физики, но также продолжает вызывать больше вопросов. Обнаружение каждой гравитационной волны ставит новую задачу — как узнать, что вызвало событие. Иногда это сложнее, чем кажется. Команда во главе с Алехандро Винья Гомес из Копенгагенского университета думает, что они нашли модель звездной смерти, которая помогает объяснить некоторые ранее необъяснимые результаты — и указывает на галактику с гораздо более массивными нейтронными звездами, чем считалось ранее.

В науке обычной практикой является сбор данных, не согласующихся с современной научной теорией. Такого рода неожиданные данные были получены при втором обнаружении гравитационной волны в обсерватории с лазерным интерферометром (LIGO). Как правило, Лего Он будет записывать гравитационные волны, возникающие при столкновении двух очень плотных объектов, таких как Черная дыра а также нейтронная звезда. В случае второй положительной записи, первоначально зарегистрированной в 2019 году и известной теперь как GW190425, данные показали, что источником были две компактные нейтронные звезды, но они были на удивление большими.

Средние нейтронные звезды трудно «увидеть» в традиционном понимании. Как и их близкий родственник, черная дыра, они обычно образуются только после взрыва массивной звезды. Однако иногда они образуют пульсары, создавая форму звезды, которая является одной из самых заметных во Вселенной. Обычно единственный способ увидеть систему двойной нейтронной звезды, такой как та, которая генерировала сигнал гравитационной волны GW190425, — это если одна из двух звезд в системе пульсар Затем он взаимодействует со своим обычным соседом нейтронной звездой. Но ни в одной из известных двойных звездных систем нет звезд, достаточно тяжелых, чтобы соответствовать сигналу, наблюдаемому LIGO.

Им не хватало таких звезд отчасти потому, что более крупные звезды после смерти превращаются в черные дыры, а не в нейтронные. Однако гравитационные сигналы исходили от слияния гигантских нейтронных звезд, а не от слияния черных дыр. Так что же вызывает образование этих больших нейтронных звезд и почему они не появляются в двойных парах с пульсарами?

По словам доктора Винья-Гомес, ответ может заключаться в звездном типе, который называется «голая звезда». Также называемые гелиевой звездой, эти звездные тела образуются только в двойных системах, а их внешняя водородная оболочка вытесняется другой звездой в системе, оставляя ядро ​​из чистого гелия. Команда смоделировала эти типы звезд, чтобы понять, что с ними происходит после сверхновой. Это зависит от двух факторов: веса оставшегося ядра и силы взрыва сверхновой.

Используя модели звездной эволюции, команда показала, что для гелиевых звезд некоторые внешние слои гелия могут взорваться во время взрыва, уменьшив вес звезды до такой степени, что она больше не может стать черной дырой. Это могло бы объяснить происхождение тяжелых нейтронных звезд, но почему они не более выражены в двойных системах с пульсарами?

Ответ приходит из стандартного процесса в бинарных системах — массопереноса. Часто звезда в двойной системе теряет часть своего вещества другой, более массивной звезде, в процессе, известном как массоперенос. В системах нейтронных звезд этот массоперенос может иногда превращать нейтронную звезду в пульсар. Однако чем больше гелиевое ядро ​​звезды, тем менее вероятен процесс массопереноса. Таким образом, в системах, которые образуют массивные нейтронные звезды, они вряд ли попадут в двойную систему с пульсаром. Им легче удерживать свою массу, чем передавать ее своему двойному спутнику, заставляя его загораться, как пульсар.

Другие данные LIGO подтверждают эту теорию. Слияние тяжелых нейтронных звезд, по-видимому, столь же распространено во Вселенной, как слияние менее массивных нейтронных звезд с пульсарами. Может существовать целый ряд больших двойных систем нейтронных звезд, невидимых для наших обычных методов обнаружения. Но теперь, с LIGO, мы, по крайней мере, должны иметь возможность видеть, когда они сливаются, и это еще один шаг к их истинному пониманию.

Первоначально опубликовано в Вселенная сегодня.

Для получения дополнительной информации об этом исследовании см. Статью «Астрофизики, объясняющие соблазнительные результаты обсерваторий гравитационных волн».

Ссылка: «Резервное скопление сверхновых тяжелых двойных нейтронных звезд и легкая черная дыра — пары нейтронных звезд и общее звездное происхождение GW190425 и GW200115» Алехандро Винья-Гомес, Софи Л. Шредер, Энрико Рамирес-Руис, Дэвид Р. Агилера. Дина, Альдо Бата, Норберт Лангер и Рейнхольд Уилкокс, 8 октября 2021 г., доступно здесь. Письма в астрофизический журнал.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac2903