Есть ли у нейтронных звезд горы?

Поверхностная гравитация нейтронной звезды настолько сильна, что может привести к коллапсу атомов в плотное скопление нейтронов. Внутренности нейтронных звезд могут быть достаточно плотными, чтобы позволить кваркам выходить за пределы ядер.

Поэтому сложно представить нейтронные звезды как активные тела с тектонической корой и, возможно, даже с горами. Но у ученых есть доказательства, подтверждающие эту идею, и мы могли бы узнать еще больше с помощью гравитационных волн.

Один из способов узнать, что нейтронные звезды активны, — это пульсары. Пульсары — это нейтронные звезды, излучающие мощные радио-лучи со своих магнитных полюсов.

Когда эти полюса направлены к Земле, мы видим регулярную серию импульсов. Импульсы настолько регулярны, что мы можем использовать их как своего рода космические часы, измеряя все: от распада орбит двойных систем из-за гравитационного излучения до ряби пространства-времени, вызванной первыми моментами Большого взрыва.

Поскольку нейтронные звезды излучают энергию, скорость их вращения со временем постепенно замедляется. Это небольшой эффект, но мы можем наблюдать это замедление в данных пульсаров.

Однако иногда пульсар дает сбой, а это означает, что скорость его вращения слегка колеблется. Это может произойти только в том случае, если форма нейтронной звезды внезапно изменилась. Подобно тому, как землетрясения могут вызвать измеримые изменения во вращении Земли, звездные землетрясения изменяют вращение нейтронных звезд. Итак, известно, что на нейтронных звездах существует какая-то тектоническая активность, но не совсем понятно, что это такое.

Одна из идей заключается в том, что нейтронные звезды имеют довольно тонкую, но твердую кору, похожую на кору каменистой планеты. По мере того как нейтронная звезда со временем остывает, эта кора трескается и складывается, что приводит к землетрясениям, трещинам и, возможно, даже горам.

Хотя эта модель кажется разумной, ее трудно доказать, поскольку мы можем обнаружить сбой только тогда, когда происходит что-то драматическое. Представьте себе попытку изучить горы Земли, когда вы можете собирать только данные о землетрясениях. Но, как показывает статья на arXiv, может быть другой способ изучения гор нейтронных звезд: гравитационные волны.

Гравитационно-волновая астрономия — еще молодая область, но она уже получила данные от нейтронных звезд. Когда нейтронные звезды сливаются, они создают энергетический всплеск гравитационных волн, подобный тому, как сливающиеся черные дыры излучают гравитационную рябь в пространстве.

Астрономам удалось объединить наблюдения гравитационных волн за слиянием нейтронных звезд с оптическими данными для изучения недр нейтронных звезд. Новая статья развивает эту идею на шаг дальше.

Если нейтронная звезда имеет возвышение в виде горы или поверхности, она асимметрична. Это означает, что при вращении нейтронная звезда будет излучать непрерывный поток гравитационных волн. Эти волны не очень интенсивны, но они могут содержать много информации об общей форме нейтронной звезды.

Если мы сможем наблюдать эти волны с течением времени, мы сможем даже изучить, как нейтронная звезда прецессирует из-за динамического движения ее поверхности. Что касается нейтронных звезд с интенсивными магнитными полями, известных как магнетары, то можно было бы даже изучить, как магнитные поля могут искажать форму нейтронной звезды, что может играть роль в быстрых радиовсплесках.

Конечно, чтобы сделать все это, нужно иметь возможность обнаруживать эти слабые гравитационные волны, и здесь астрономы настроены оптимистично.

На данный момент самые точные данные о гравитационных волнах, которыми располагают ученые, могут дать лишь верхнюю границу масштаба гор нейтронных звезд. Даже в этом случае все, что можно сказать, это то, что они не огромны (не более нескольких миллиметров), о чем уже было известно на основе собранных данных.

Но когда появится следующее поколение гравитационных обсерваторий, оно может помочь узнать о нейтронных звездах гораздо больше. Проблем еще много, но они не кажутся непреодолимыми. Таким образом, согласно предстоящим данным, гравитационные волны могут революционизировать наше понимание нейтронных звезд почти так же, как они сегодня меняют наше понимание черных дыр.