Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Искривление будет таким сильным, что при вращении звезды свет от горячих точек, лежащих на ее поверхности, будет закручиваться вслед за ними, при этом искривляясь так, что NICER увидит эти точки даже тогда, когда они уже будут находиться на обратной стороне звезды. Прибор измеряет то, как интенсивность меняется со временем, и рисует зависимость. И тогда оказывается возможным точно предсказать, какую картину увидит наблюдатель для звезды с определенной массой, радиусом и скоростью вращения. “А мы в нашем случае решаем обратную задачу: по полученной картине делаем заключение о массе и радиусе звезды”, – говорит Уоттс.

Регистрация рентгеновского излучения – дело непростое, поэтому помимо поиска новых нейтронных звезд в задачи NICER входит также исследование известных миллисекундных радиопульсаров с целью зарегистрировать импульсы рентгеновского излучения от них. Если их масса уже была найдена раньше с помощью хронометрирования радиопульсаров, половина дела, считай, уже сделана.

Поскольку в определенные периоды в году Солнце на небе приближается к уже известным пульсарам, астрономам периодически приходится сталкиваться с помехами от фотонов, излучаемых Солнцем. “Нам фактически пришлось обрезать некоторые данные, чтобы убедиться, что мы используем только излучение, приходящее под определенными углами, дабы не допустить этого дополнительного зашумления солнечным светом”, – говорит Уоттс.

Тем не менее данные NICER по наблюдению нескольких ближайших миллисекундных пульсаров, похоже, согласуются с предыдущими измерениями их полного рентгеновского излучения, проведенными на других телескопах, что Уоттс считает обнадеживающим.

Масса пары наблюдаемых пульсаров, полученная из данных по хронометрированию их радиоимпульсов, превышала удвоенную массу Солнца. И для такой большой массы искривление света за счет гравитации настолько велико, что, если радиус пульсара мал, импульсы невозможно зарегистрировать. Таким образом, наблюдение пульсаций излучения позволяет установить нижний предел радиуса, то есть минимальный возможный радиус.

Результаты, опубликованные командой NICER 12 декабря 2019 года, хороши, но еще недостаточно точны для того, чтобы определить, какой именно вид плотной материи может находиться внутри ядра. Радиус оказывается прямо посередине между значениями, которые предсказывает ядерная физика, и существующими в астрофизике ограничениями, “так что теоретики могут пока дышать спокойно”, по словам Уоттс. Но, учитывая эту неопределенность и тот факт, что радиусы не соответствуют ни одному из предельных значений, оцененных учеными, пока по этим результатам они не могут сделать каких-либо определенных выводов о составе внутреннего ядра.

Эти результаты вполне могут измениться, когда команда NICER будет анализировать данные по следующим звездам. Тогда как с помощью NICER можно изучать только одиночные пульсары, будущие рентгеновские телескопы, такие как eXTP (enhanced X-ray Timing and Polarimetry, “с увеличенной точностью определения рентгеновских временных и поляриметрических характеристик”) и STROBE-X (Spectroscopic Time-Resolving Observatory for Broadband Energy X-rays, “спектроскопическая обсерватория с высоким временным разрешением для широкого рентгеновского диапазона”), позволят изучать и аккрецирующие пульсары. Там горячие точки возникают, когда материал от звезды-компаньона переносится на магнитные полюса пульсара, а также когда в “океанах” на поверхности нейтронной звезды происходят термоядерные взрывы. В то время как в одиночной нейтронной звезде кора – это ее внешний слой, в аккрецирующих звездах перенесенное с компаньона вещество наносится поверх коры и формирует внешний жидкий океан²¹.

Уже запланировано, что подобные детекторы нового поколения будут от десяти до двадцати раз больше предыдущих и будут запускаться в космос в течение следующего десятилетия. Уоттс ждет не дождется этого. Она говорит, что такой телескоп позволит ученым зарегистрировать резкие изменения внутри ядра – то, например, что происходит при таинственных фазовых переходах кварков (считается, что кварковая материя меняет свое состояние, подобно тому как вода меняет свое, превращаясь из жидкости в пар или лед). Однако оценить эти переходы кварков непросто из-за того, что природа сильного ядерного взаимодействия, которое связывает кварки друг с другом с помощью глюонов, понятна пока только приблизительно²².

LIGO, Virgo и их будущие кузены

Утром 17 августа 2017 года, когда гравитационная рябь от двух столкнувшихся нейтронных звезд дошла до Земли, Джоселин Рид и Катерина Хациоанну, астрофизики и члены сообщества LIGO, пришли в замешательство. В тот день Хациоанну проснулась от звука, означающего, что на ее электронную почту пришло от LIGO оповещение об этом столкновении, которое всеми ожидалось позже.