Радиотелескоп FAST обнаружил двойную нейтронную звезду с рекордно малой массой

Китайские астрофизики из Государственной лаборатории радиоастрономии и технологий в Пекине и других научных центров Китая, используя крупнейший в мире радиотелескоп FAST, обнаружили двойную нейтронную звезду PSR J1856–0039 с самой низкой суммарной массой из всех известных подобных систем. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, подтверждает предсказания общей теории относительности о том, что такие пары постепенно сближаются, и позволяет лучше понять, что происходит со сверхплотным веществом при слиянии нейтронных звезд.

Нейтронные звезды — это то, что остается от массивных звезд после катастрофического взрыва. Вещество в них сжато до такой степени, что чайная ложка его весила бы миллиарды тонн. Когда две такие звезды оказываются в паре и кружат друг вокруг друга, они становятся идеальной природной лабораторией для проверки самых смелых физических теорий. Именно такую пару удалось обнаружить и детально изучить с помощью радиотелескопа FAST, расположенного в естественной горной котловине на юго-западе Китая.

Этот инструмент, чья чувствительность позволяет улавливать сигналы от очень слабых источников, в течение пяти лет вел наблюдения за пульсаром PSR J1856–0039. Пульсар это быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая посылает в космос узкие пучки радиоволн. Когда такой пучок проходит мимо Земли, телескоп регистрирует короткие регулярные импульсы, словно космический маяк подает сигналы. Именно по тому, как эти импульсы приходят, ученые могут восстановить мельчайшие детали движения звезды и ее компаньона.

За семнадцать сеансов наблюдений с 2020 по 2025 год исследователи получили более двухсот пятидесяти точных измерений времени прихода импульсов. Этого оказалось достаточно, чтобы заметить три эффекта, предсказанных теорией относительности Эйнштейна. Во-первых, орбита пары медленно сжимается — звезды теряют энергию на гравитационные волны и постепенно сближаются. Во-вторых, ближайшая к пульсару точка орбиты постепенно смещается, как если бы весь эллипс медленно поворачивался. В-третьих, возникает небольшая задержка сигнала, известная как задержка Эйнштейна, следствие того, что время вблизи массивного тела течет иначе.

Все эти эффекты удалось измерить с высокой точностью, что позволило вычислить массы обеих звезд. Пульсар оказался весом примерно в 1,3 раза тяжелее Солнца, а его компаньон в 1,185 раза. Суммарная масса системы, около 2,49 солнечных масс, стала самой низкой из когда-либо измеренных для двойных нейтронных звезд. Кроме того, орбита пары оказалась компактной: полный оборот занимает всего 2,36 часа, а сами звезды сближаются по вытянутой траектории.

Ученые сравнили наблюдаемое замедление орбиты с тем, что предсказывает общая теория относительности, и результаты совпали с точностью до десятых долей процента. Это еще одно убедительное подтверждение того, что теория Эйнштейна работает даже в таких экстремальных условиях. По расчетам, через 82 миллиона лет эти две нейтронные звезды сольются воедино. Что именно получится в результате, массивная нейтронная звезда или черная дыра, зависит от того, как поведет себя вещество в момент столкновения.

Поскольку суммарная масса системы невелика, вероятнее всего, слияние породит устойчивую нейтронную звезду, а не черную дыру. Это делает PSR J1856–0039 уникальным объектом для изучения свойств сверхплотного вещества, которое невозможно воспроизвести ни в одной земной лаборатории. В дальнейшем исследователи планируют продолжать наблюдения, чтобы попытаться заметить еще более тонкий эффект — увлечение инерциальных систем отсчета вращающейся звездой, что в перспективе может привести к первому определению момента инерции нейтронной звезды и, возможно, раскрыть тайну того, из чего состоит ее невероятно плотное ядро.

В итоге исследование не только подтверждает фундаментальные предсказания общей теории относительности, но и открывает новую страницу в изучении нейтронных звезд. Обнаруженная система с рекордно малой суммарной массой и удобным расположением орбиты дает астрофизикам редкий шанс заглянуть вглубь одного из самых загадочных объектов во Вселенной и понять, как рождаются и умирают эти удивительные остатки погибших звезд.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях