«Горы» на нейтронных звездах можно обнаружить с помощью гравитационных волн
Нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во Вселенной. Они намного плотнее любого материала на Земле, а ложка материи такой звезды тяжелее горы. Говоря о горах, то если они существуют на нейтронных звездах, они могут быть всего несколько миллиметров высотой. Новая работа предполагает, что если такие деформации присутствуют на поверхности, то их можно обнаружит с помощью гравитационно-волновых обсерваторий.
Все, что имеет массу и движется, генерирует гравитационные волны – колебания в пространстве-времени. Однако только самые экстремальные объекты во вселенной испускают волны на частоте, которую могут уловить современные обсерватории. Вот почему все обнаружения до сих пор были столкновениями между черными дырами или нейтронными звездами.
Эти события похожи на бросание камня в пруд, но подобные вибрации происходят постоянно. Некоторые из них могут в конечном итоге создать гравитационный волновой фон, но эффект небольших деформаций на нейтронных звездах в нашей галактике может быть обнаружен как непрерывные сигналы гравитационных волн нашими текущими детекторами: LIGO, Virgo и Kagra.
«К сожалению, мы не знаем реальных размеров гор нейтронных звезд. Электромагнитные наблюдения особенностей поверхности очень ограничены. Например, рентгеновская спектроскопия с фазовым разрешением по вращению позволила определить форму горячих точек на некоторых пульсарах. Однако эта тепловая информация не позволяет напрямую определить высоту или распределение масс. Кроме того, механизмы образования гор могут быть сложными и зависеть от плохо известных свойств материалов. Например, вязкоупругая ползучесть — то, как напряженная упругая среда расслабляется со временем, — может быть важна для времени жизни гор нейтронных звезд.», — пишут авторы в новом исследовании.
Это важный момент. Нейтронные звезды — это объекты, оставшиеся после того, как массивная (но не слишком массивная) звезда превратилась в сверхновую. Материя в этих объектах испытывает силы на пределе физических возможностей, и то, как именно она себя ведет, до конца не изучено. Некоторые гипотезы предполагают, что материя организована в структуры, известные как ядерная паста. Возможно, они могут организоваться таким образом, чтобы создать деформацию поверхности, где эти горы будут запечатлевать определенный сигнал в гравитационных волнах.
Команда ученых сравнивает эту возможность с различными мирами в Солнечной системе. Европа и Энцелад имеют ледяную твердую кору и глубокий океан. Поверхность изрезана движением воды под ней. На Энцеладе эти особенности известны как тигриные полосы , тогда как на Европе они представляют собой перекрещивающиеся линии.
У Меркурия тонкая кора и большое металлическое ядро, а самая маленькая планета также имеет необычные особенности на своей поверхности: изогнутые ступенчатые структуры. Если кора нейтронных звезд не одинакова во всех направлениях, это также может привести к образованию структур, которые мы могли бы назвать горами или неосесимметричными деформацими вращающихся нейтронных звезд.
Найти их, должно быть, возможно, но люди, работающие с детекторами гравитационных волн, должны знать, что они ищут. Эти приборы могут видеть изменения, меньшие диаметра атома, на расстоянии нескольких километров — они чрезвычайно чувствительны.
Они настолько чувствительны, что землетрясения, морские волны и т. д. создают шум. Знание того, что искать, является ключевым. Новая работа может стать важным шагом в поиске этих непрерывных гравитационных волн.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.