Поверхностная гравитация нейтронной звезды настолько сильна, что может привести к коллапсу атомов в плотный кластер нейтронов. Внутренности нейтронных звезд могут быть достаточно плотными, чтобы позволить кваркам выходить за пределы ядер. Поэтому сложно представить нейтронные звезды как активные тела с тектоническими корами и, возможно, даже с горами. Но у нас есть доказательства, подтверждающие эту идею, и мы могли бы узнать еще больше с помощью гравитационных волн.
Один из способов узнать, что нейтронные звезды активны, — это пульсары. Пульсары — это нейтронные звезды, излучающие мощные лучи радиосвета со своих магнитных полюсов. Когда эти полюса направлены к Земле, мы видим регулярную серию импульсов. Импульсы настолько регулярны, что мы можем использовать их как своего рода космические часы, измеряя все: от распада орбит двойных систем из-за гравитационного излучения до ряби пространства-времени, вызванной первыми моментами Большого взрыва.
Поскольку нейтронные звезды излучают энергию, скорость их вращения со временем постепенно замедляется. Это небольшой эффект, но мы можем наблюдать это замедление в данных пульсаров. Однако иногда пульсар дает сбой, а это означает, что скорость его вращения слегка возрастает. Это может произойти только в том случае, если форма нейтронной звезды внезапно изменилась. Подобно тому, как землетрясения могут вызвать измеримые изменения во вращении Земли, звездные землетрясения изменяют вращение нейтронных звезд. Итак, мы знаем, что на нейтронных звездах существует какая-то тектоническая активность, но нам не совсем понятно, что это такое.
Одна из идей заключается в том, что нейтронные звезды имеют довольно тонкую, но твердую кору, похожую на кору каменистой планеты. По мере того как нейтронная звезда со временем остывает, эта кора трескается и складывается, что приводит к землетрясениям, трещинам и, возможно, даже горам. Хотя эта модель кажется разумной, ее трудно доказать, поскольку мы можем обнаружить сбой только тогда, когда происходит что-то драматическое. Представьте себе попытку изучить горы Земли, когда вы можете собирать только данные о землетрясениях. Но в качестве статьи о arXiv показывает, что может быть другой способ изучения гор нейтронных звезд: гравитационные волны.
Гравитационно-волновая астрономия — еще молодая область, но она уже получила данные от нейтронных звезд. Когда нейтронные звезды сливаются, они создают энергетический всплеск гравитационных волн, подобный тому, как сливающиеся черные дыры излучают гравитационный щебет. Астрономам удалось объединить наблюдения гравитационных волн за слиянием нейтронных звезд с оптическими данными для изучения недр нейтронных звезд. Эта новая статья развивает эту идею на шаг дальше.
Если нейтронная звезда имеет возвышение в виде горы или поверхности, она асимметрична. Это означает, что при вращении нейтронная звезда будет излучать непрерывный поток гравитационных волн. Эти волны не очень интенсивны, но они могут содержать много информации об общей форме нейтронной звезды. Если мы сможем наблюдать эти волны с течением времени, мы сможем даже изучить, как нейтронная звезда прецессирует из-за динамического движения ее поверхности. Что касается нейтронных звезд с интенсивными магнитными полями, известных как магнетары, мы могли бы даже изучить, как магнитные поля могут искажать форму нейтронной звезды, что может играть роль в быстрых радиовсплесках.
Конечно, чтобы сделать все это, нам нужно иметь возможность обнаруживать эти слабые гравитационные волны, и здесь астрономы настроены более оптимистично. На данный момент самые точные данные о гравитационных волнах, которыми мы располагаем, могут дать лишь верхнюю границу масштаба гор нейтронных звезд. Даже в этом случае все, что мы можем сказать, это то, что они не огромны, о чем мы уже знали на основе данных о сбоях. Но когда следующее поколение гравитационных обсерваторий появится в сети, оно может поставить нас в зону наблюдения. Проблем еще много, но они не кажутся непреодолимыми. Итак, согласно предстоящим данным, гравитационные волны могут революционизировать наше понимание нейтронных звезд почти так же, как они сегодня революционизируют наше понимание черных дыр.
Ссылка: Гиттинс, Фабиан. «Гравитационные волны от гор нейтронных звезд». Препринт arXiv arXiv:2401.01670 (2023).
