На нейтронных звёздах могут быть горы, искривляющие пространство-время: Что на самом деле 'волнует' космос?

14 янв 2025, 21:33

Представьте себе нечто невероятно плотное, настолько, что грамм этого вещества весил бы на Земле как целая гора. Это — нейтронные звёзды, остатки гигантских светил, которые исчерпали своё топливо и схлопнулись под собственной гравитацией. Они в триллионы раз плотнее свинца, и, честно говоря, мы мало что знаем об их поверхности. Но недавние исследования намекают на нечто удивительное: на этих мёртвых звёздах могут существовать… горы.

А горы-то не простые!

«Горы», конечно, понятие условное. Это скорее деформации поверхности, неровности, вызванные внутренними процессами. Но они настолько массивны, что даже небольшие «горки» способны вызвать ощутимые колебания пространства-времени. То есть, гравитация этих «гор» создает рябь, подобную той, что оставляет камень, брошенный в воду, только гораздо масштабнее.

Деформированная нейтронная звезда, и рябь пространства-времени. Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3

Аналогия со спутниками и планетами

Учёные, пытаясь понять процессы формирования этих «гор», обратились к аналогии с телами Солнечной системы. Оказывается, у многих лун и планет, как у Европы и Энцелада, есть тонкая кора над жидким океаном, или, как у Меркурия, кора над металлическим ядром. Эти тонкие слои подвержены деформации, что приводит к появлению линейных структур на Европе, полос на Энцеладе и изогнутых ступенек на Меркурии. А что, если нечто подобное происходит и на нейтронных звёздах?

Разрез экваториальной плоскости вращающейся звезды. Кора простирается от R0 до R и слегка анизотропна в направлении X. Цитирование: J.A. Morales, C. J. Horowitz arXiv:2309.04855 [astro-ph.HE]
Автор: J.A. Morales, C. J. Horowitz Источник: arxiv.org

Что «скрывается» внутри?

Внутреннее строение нейтронной звезды, конечно, отличается от планет. Но, как и ядро Земли, оно может быть анизотропным — то есть иметь свойства, которые зависят от направления. Если кора нейтронной звезды тоже анизотропна, то в результате вращения звезды на её поверхности неизбежно возникнут «горы». Более того, чем быстрее вращается звезда, тем выше эти «горы» будут становиться. Как вы думаете, почему это так важно? А потому, что это может объяснить наблюдаемые максимальные скорости вращения нейтронных звёзд, а также минимальную деформацию у так называемых миллисекундных пульсаров.

Индекс торможения n (сплошная черная кривая) и эллиптичность ϵ (пунктирная красная кривая) в зависимости от частоты вращения Ω в предположении, что спин сбивается только под действием ГВ-излучения, а кора застывает, пока звезда вращается при Ω0 = 300 Гц. Цитирование: J.A. Morales, C. J. Horowitz arXiv:2309.04855 [astro-ph.HE]
Автор: J.A. Morales, C. J. Horowitz Источник: arxiv.org

Ловим «рябь» пространства

Сейчас Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) ищет эти гравитационные волны, исходящие от «гор» нейтронных звёзд. Это, знаете, как искать звук от капель дождя в океане, — очень сложная задача. Но если ученые смогут поймать эти волны, это откроет совершенно новые горизонты в изучении Вселенной. Мы получим уникальные сведения о нейтронных звёздах, этих загадочных объектах, плотнее которых только черные дыры. И это может стать новым этапом в проверке фундаментальных законов природы, так как даже малейшие отклонения в измерениях могут иметь далеко идущие последствия.

Заглядывая в будущее

Обнаружение непрерывных гравитационных волн станет настоящим прорывом. Это как если бы мы внезапно получили возможность «видеть» гравитационные поля в динамике. Это, возможно, позволит нам лучше понять не только нейтронные звёзды, но и общую картину гравитации во Вселенной. Это, честно говоря, захватывает дух, представляя, какие открытия ещё ждут нас впереди. И всё это благодаря невидимым «горам» на мёртвых звёздах, которые рябят ткань пространства-времени.

Опубликовано: Мировое обозрение Источник