Красная линия представляет наилучшее распределение масс, т.е. двухкомпонентную гауссову смесь с резким обрезанием Mmax=2,28M⊙, из 136 нейтронных звезд с измерениями гравитационной массы. Здесь мы берем 1000 независимых апостериорных выборок (серые линии), чтобы дать наглядное представление о неопределенностях. На вставке показано P(Mmax), апостериорное распределение Mmax. Фото: Physical Review D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.109.043052
Исследование, проведенное профессором Фань Ичжуном из обсерватории Пурпурная гора Китайской академии наук, позволило добиться значительной точности в определении верхнего предела массы невращающихся нейтронных звезд, что является ключевым аспектом в изучении ядерной физики и астрофизики.
Исследователи показали, что максимальная гравитационная масса невращающейся нейтронной звезды составляет примерно 2,25 солнечной массы с погрешностью всего 0,07 солнечной массы. Их исследование опубликовано в журнале Physical Review D.
Окончательная судьба массивной звезды неразрывно связана с ее массой. Звезды легче восьми солнечных масс заканчивают свой жизненный цикл как белые карлики, поддерживаемые давлением электронного вырождения с хорошо известным верхним пределом массы, пределом Чандрасекара, около 1,4 солнечных масс.
Для звезд тяжелее восьми, но легче 25 солнечных масс будут рождаться нейтронные звезды, которые вместо этого в основном поддерживаются давлением нейтронного вырождения. Для невращающихся нейтронных звезд также существует критическая гравитационная масса (т. е. MTOV), известная как предел Оппенгеймера, выше которой нейтронная звезда коллапсирует в черную дыру.
Установить точный предел Оппенгеймера довольно сложно. На основе первого принципа можно установить только свободные границы. Многие конкретные оценки сильно зависят от модели. Получающиеся в результате MTOV разнообразны, а неопределенности велики.
Команда профессора Фана уточнила вывод MTOV, включив в него надежные наблюдения с использованием нескольких сообщений и надежные данные ядерной физики, обойдя неопределенности, присутствовавшие в более ранних моделях. Это включает в себя использование последних достижений в измерениях массы/радиуса с помощью детекторов гравитационных волн LIGO/Virgo и Исследователя внутреннего состава нейтронных звезд (NICER).
В частности, они включили информацию о максимальной массе, полученную на основе распределения масс нейтронной звезды, и значительно сузили пространство параметров, что привело к беспрецедентной точности предполагаемого MTOV. Для уменьшения потенциальных систематических ошибок использовались три различные модели реконструкции уравнения состояния (EoS), что дало почти идентичные результаты для MTOV и соответствующего радиуса, который составляет 11,9 км с неопределенностью 0,6 км в трех независимых подходах к реконструкции EoS.
Точная оценка MTOV имеет глубокие последствия как для ядерной физики, так и для астрофизики. Это указывает на умеренно жесткое EoS для вещества нейтронной звезды и предполагает, что компактные объекты с массами в диапазоне примерно от 2,5 до 3,0 солнечных масс, обнаруженные LIGO/Virgo, с большей вероятностью являются самыми легкими черными дырами. Более того, остатки слияния систем двойных нейтронных звезд, общая масса которых превышает примерно 2,76 солнечных масс, коллапсируют в черные дыры, в то время как более легкие системы приводят к образованию (сверхмассивных) нейтронных звезд.
Информация от: Китайской академией наук
