Слушаем космос неправильно? Как магнитные поля нейтронных звезд создают «фантомные» сигналы в космосе

Слияния нейтронных звезд долгое время считались «золотым ключом» к разгадке устройства сверхплотной материи. Гравитационные волны от этих катаклизмов, как полагали, должны были напрямую рассказать ученым об уравнении состояния вещества внутри этих объектов. Однако новейшие симуляции показали, что в эту стройную картину вмешивается фактор, который долго игнорировали: чудовищные магнитные поля. Они создают собственный «шум» в гравитационно-волновом сигнале, способный замаскировать или исказить данные о внутреннем строении звезды, что ставит под сомнение прежние методы интерпретации наблюдений.

Когда «шум» громче сигнала

Нейтронные звезды — это не просто сверхплотные шары. Их магнитные поля в миллиарды раз превосходят по мощности все, что создано человеком. В момент слияния двух таких звезд их поля переплетаются и усиливаются до фантастических значений. Группа астрофизиков под руководством Антониоса Цокароса (Иллинойсский университет и Университет Валенсии) задалась вопросом: как это влияет на гравитационные волны?

Результаты моделирования оказались неожиданными. Выяснилось, что сверхсильное магнитное поле заставляет возникший после слияния компактный объект колебаться. Эти колебания, в свою очередь, генерируют гравитационные волны на собственных частотах, которые накладываются на частоты, связанные с уравнением состояния (УРС) материи. Проще говоря, «магнитный шум» может имитировать признаки экзотических процессов в недрах звезды — например, фазового перехода вещества в кварковое состояние.

Ошибка в интерпретации данных

Раньше ученые планировали анализировать «мелодию» гравитационных волн после слияния, чтобы напрямую узнать свойства вещества. Теперь выясняется, что наблюдаемый сдвиг частоты, который с энтузиазмом можно было бы приписать новому состоянию материи, на деле может быть вызван «всего лишь» магнитным полем. Как отмечает профессор Милтон Руис, один из соавторов работы, игнорирование этого фактора ведет к систематическим ошибкам в выводах о физике систем.

Охота за «чистым» сигналом

Открытие не отменяет ценности гравитационно-волновой астрономии, но существенно усложняет задачу. Теперь ученым предстоит разработать методы фильтрации, позволяющие отделить сигналы, порожденные магнитным полем, от сигналов, несущих информацию об уравнении состояния. Для этого потребуются более детальные симуляции с высоким разрешением, которые ранее были невозможны из-за нехватки вычислительных мощностей.

Надежда возлагается на будущее поколение обсерваторий — Cosmic Explorer и Einstein Telescope. Эти инструменты будут гораздо чувствительнее LIGO и Virgo и смогут улавливать высокочастотные сигналы, рождающиеся непосредственно в момент слияния. Однако даже с их помощью интерпретация данных потребует невероятной аккуратности и учета магнитных эффектов.

Первое прямое наблюдение слияния нейтронных звезд (GW170817) в 2017 году стало прорывом, открыв эру многоканальной астрономии. Именно тогда ученые впервые одновременно зарегистрировали гравитационные волны и электромагнитное излучение от одного события. Это дало мощный импульс для создания теоретических моделей, описывающих поведение материи в экстремальных условиях. Новое исследование — важный шаг вперед, показывающий, что путь к пониманию недр нейтронных звезд сложнее, чем казалось, но от этого не менее увлекательный.