Нейтронная звезда — это 2 солнечных массы, сжатые в шар шириной всего 12 километров. Его поверхностная гравитация настолько огромна, что сжимает атомы и молекулы в необработанные ядра и сжимает электроны в протоны, превращая их в нейтроны. Учитывая такое огромное давление и плотность, можно предположить, что нейтронные звезды имеют почти идеально гладкую поверхность. Но вы ошибаетесь, потому что мы знаем, что у нейтронных звезд могут быть горы.
Мы знаем, что нейтронные звезды геологически активны благодаря пульсарам. Сильные магнитные поля нейтронной звезды могут генерировать лучи радиоэнергии, проносящиеся по небу при каждом вращении. Когда эти лучи выравниваются в нашем направлении, мы можем видеть регулярные импульсы радиосвета. Эти импульсы чрезвычайно регулярны и со временем постепенно замедляются на небольшую величину, поскольку нейтронная звезда теряет энергию вращения. Но время от времени пульсар «даёт сбой» и испытывает небольшой всплеск вращения. Это происходит из-за смещения коры звезды, вызывающего звездотрясение.
Точно так же, как Земля и другие геологически активные миры испытывают подъем и падение гор, то же самое происходит и с нейтронными звездами. Однако распределение и масштаб этих гор зависят от внутренней структуры нейтронных звезд, которую мы еще до конца не понимаем. Вот тут-то и появилось новое исследование.
Авторы начинают с того, что отмечают, что если нейтронная звезда имеет гору или другую деформацию, не являющуюся осесимметричной, то вращение нейтронной звезды будет генерировать гравитационные волны. Мы пока не можем обнаружить эти гравитационные волны, но будущие обсерватории гравитационных волн, возможно, смогут это сделать. Далее они отмечают, что характер этих гравитационных волн будет определяться распределением и масштабом этих горных хребтов. Чтобы получить представление о том, что это может быть, авторы обращают внимание на известные нам миры, такие как Меркурий и Энцелад.
Меркурий, например, имеет тонкую корку над большим металлическим ядром и лопастные уступы. Вероятно, они вызваны деформацией сжатия при охлаждении внутренней части Меркурия. Энцелад, с другой стороны, имеет тонкую ледяную корку над слоем океана и имеет узор в виде «тигровых полос» на горах. Другие ледяные спутники, такие как Европа, имеют линейные особенности. Каждый из этих миров имеет горные особенности, обусловленные взаимодействием земной коры и недр. Таким образом, вопрос в том, ведут ли себя кора и внутренняя часть нейтронной звезды аналогично любому из них.
Авторы обнаружили одну вещь: если существует крупномасштабная анизотропия в особенностях коры нейтронной звезды, таких как уступы Меркурия, генерируемые ими гравитационные волны могут установить верхнюю границу скорости вращения нейтронных звезд. Хотя авторы акцентируют внимание на этом эффекте, они также отмечают, что структура нейтронных звезд может быть разнообразной. Некоторые из них могут иметь характеристики коры, подобные Меркурию, тогда как другие могут иметь характеристики, подобные Европе или Энцеладу. Если это так, то наблюдения гравитационных волн, генерируемых нейтронными звездами, сыграют решающую роль в понимании их разнообразия.
Ссылка: Моралес, Дж. А. и Си Джей Горовиц. «Анизотропная кора нейтронной звезды, горы Солнечной системы и гравитационные волны». Препринт arXiv arXiv:2309.04855 (2023).
