Астрономы нашли самую тяжелую нейтронную звезду за всю историю наблюдений

PSR J0952-0607, так называемый миллисекундный пульсар, уничтожил и поглотил почти всю массу своего звездного компаньона и в процессе превратился в самую тяжелую нейтронную звезду, наблюдаемую на сегодняшний день.

PSR J0952-0607 находится на расстоянии от 3200 до 5700 световых лет в созвездии Секстанта.

Впервые обнаруженный в 2017 году, он упоминается как пульсар «черная вдова» — по аналогии с тенденцией самок пауков черной вдовы поедать гораздо меньших самцов после спаривания.

PSR J0952-0607 обращается вокруг своего очень маломассивного звездного компаньона с периодом обращения 6,42 часа.

В какой-то момент истории системы материя начала течь от компаньона к пульсару, постепенно увеличивая его вращение до 707 оборотов в секунду и значительно увеличивая выбросы. В конце концов, пульсар начал испарять своего компаньона, и этот процесс продолжается и сегодня.

Определение массы этой рекордной нейтронной звезды, которая превышает массу Солнца в 2,35 раза, помогает астрономам понять странное квантовое состояние материи внутри этих плотных объектов.

«Мы примерно знаем, как ведет себя материя при ядерных плотностях, например, в ядре атома урана», — сказал профессор Калифорнийского университета в Беркли Алекс Филиппенко.

«Нейтронная звезда подобна одному гигантскому ядру, но когда у вас есть полторы солнечные массы этого материала, что составляет около 500 000 земных масс ядер, связанных вместе, совершенно неясно, как они будут себя вести».

Массы нейтронных звезд сравнимы с массой Солнца, но типичный радиус нейтронной звезды составляет лишь 10—20 километров. Поэтому средняя плотность вещества такого объекта в несколько раз превышает плотность атомного ядра. Дальнейшему гравитационному сжатию нейтронной звезды препятствует давление ядерного вещества, возникающее за счёт взаимодействия нейтронов.

Нейтронные звезды настолько плотны — 1 кубический сантиметр весит несколько миллиардов тонн — что их ядра являются самой плотной материей во Вселенной, за исключением черных дыр, которые, поскольку они скрыты за своим горизонтом событий, невозможно изучить.

Измерение массы PSR J0952-0607 стало возможным благодаря исключительной чувствительности 10-метрового телескопа Keck I на Гавайях, который смог зафиксировать спектр видимого света от звезды-компаньона.

«Объединяя это измерение с измерениями нескольких других черных вдов, мы показываем, что нейтронные звезды должны достигать как минимум этой массы, 2,35 плюс-минус 0,17 массы Солнца», — говорят ученые.

«В свою очередь, это обеспечивает одни из самых сильных ограничений на свойство материи в несколько раз превышать плотность, наблюдаемую в атомных ядрах. Действительно, этот результат исключает многие другие популярные модели физики плотной материи».

Если 2,35 массы Солнца близко к верхнему пределу нейтронных звезд, то внутренняя часть, вероятно, будет состоять из нейтронов, а также верхних и нижних кварков — составляющих обычных протонов и нейтронов — но не экзотической материи, такой как странные кварки или каоны — частицы, содержащие странный кварк.

«Высокая максимальная масса нейтронных звезд предполагает, что это смесь атомных ядер и верхних и нижних кварков на всем пути к ядру», — говорят ученые. «Это исключает многие предполагаемые состояния материи, особенно с экзотическим внутренним составом».

Результаты опубликованы в Astrophysical Journal Letters.