Могут ли нейтронные звезды быть легче белых карликов? LIGO и Virgo стремятся обнаружить нейтронные звезды с аномально малой массой
На протяжении десятилетий астрофизики опирались на устоявшееся представление о нейтронных звездах как об объектах с массой, близкой к солнечной. Однако новое исследование, проведенное учеными Сиракузского университета, переводит фокус на поиск «карликовых» версий этих сверхплотных остатков — нейтронных звезд, масса которых значительно ниже привычного порога в 1,4 массы Солнца. Результаты этого поиска, основанные на анализе гравитационных волн, оказались неожиданными: сами объекты обнаружены не были, но полученные ограничения могут фундаментально изменить наши представления о рождении и эволюции звезд.
Гравитационные волны как ключ к невидимому
Основным инструментом в этом «детективном расследовании» стали данные обсерваторий LIGO и Virgo. Гравитационные волны, возникающие при слиянии компактных объектов, несут уникальную информацию о массе и свойствах участников события. Ключевой новацией в работе стало смещение акцента на так называемую приливную деформируемость. В отличие от массивных собратьев, нейтронные звезды с низкой массой должны сильнее искажаться под действием взаимной гравитации перед слиянием. Этот эффект, ранее игнорировавшийся в алгоритмах поиска, по оценкам авторов, мог приводить к потере до 30% всех сигналов от подобных систем в прошлых исследованиях.
Почему «карлики» ускользали от внимания
Предыдущие поиски низкомассивных нейтронных звезд были подобны попытке найти иголку в стоге сена, используя лишь магнит. Они не учитывали, что «иголка» (сигнал от легкой звезды) из-за своей деформируемости имеет иную форму «ряби» на пространстве-времени. Учет этого параметра позволил ученым провести более тонкий и чувствительный анализ архивных данных, что является значительным шагом вперед по сравнению с прежними методиками.
Парадокс пустоты: что означает «ничего»?
Несмотря на применение усовершенствованного метода, ученым не удалось зафиксировать ни одного события слияния, которое можно было бы однозначно приписать паре низкомассивных нейтронных звезд. Однако «нулевой результат» в науке — это не провал, а ценные данные. Отсутствие обнаружений позволило установить жесткие верхние границы частоты подобных слияний во Вселенной. Согласно расчетам, скорость слияния для систем с определенной «чирп-массой» (комбинированным параметром, влияющим на форму волны) не превышает нескольких тысяч событий в год на кубический гигапарсек.
На данный момент астрофизики имеют лишь теоретические модели, предсказывающие существование нейтронных звезд с массой менее 1,4 солнечной. Эти модели предполагают, что такие объекты могут образовываться не в результате взрыва сверхновой, а, например, при аккреции вещества в тесных двойных системах или в результате коллапса белых карликов.
Установленное ограничение на частоту слияний — это первый экспериментальный рубеж, который отсекает часть теоретических сценариев. Если бы такие звезды были распространены, детекторы уже зафиксировали бы их. То, что этого не произошло, сужает круг возможных путей их формирования и указывает на то, что либо они являются крайне редким явлением, либо их свойства все же отличаются от прогнозируемых. Следующее поколение детекторов гравитационных волн, обладающее большей чувствительностью, либо подтвердит их редкость, либо, наконец, зафиксирует долгожданный сигнал, открыв новую главу в физике экстремальных состояний материи.
