Гравитационные волны раскрывают ранее неизвестные свойства нейтронных звезд
Иллюстрация приливных реакций двух звезд в квазикруговой двойной системе (не в масштабе). Автор: Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02323-7
Лучшее понимание внутренней работы нейтронных звезд приведет к более глубокому познанию динамики, лежащей в основе работы Вселенной, а также может помочь в развитии будущих технологий, сказал профессор физики в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне Николас Юнес. Новое исследование под руководством Юнеса подробно описывает, как новые знания о том, как диссипативные приливные силы в двойных — или бинарных — нейтронных звездных системах будут влиять на наше понимание Вселенной.
Звезда́ — массивный газовый шар, излучающий свет и удерживаемый в состоянии равновесия силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах которого происходят (или происходили ранее) реакции термоядерного синтеза. Ближайшей к Земле звездой является Солнце — типичный представитель спектрального класса G.
Звёзды образуются из газово-пылевой среды (главным образом из водорода и гелия) в результате гравитационного сжатия. Температура вещества в недрах звёзд измеряется миллионами кельвинов, а на их поверхности — тысячами кельвинов. Энергия подавляющего большинства звёзд выделяется в результате термоядерных реакций превращения водорода в гелий, происходящих при высоких температурах во внутренних областях. Википедия
Однако многие из этих ранее невидимых свойств стали наблюдаемыми с открытием гравитационных волн.
«Свойства нейтронных звезд накладывают отпечаток на гравитационные волны, которые они испускают. Затем эти волны проходят миллионы световых лет в космосе к детекторам на Земле, таким как передовая Европейская лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория и Virgo Collaboration», — сказал Юнес. «Обнаруживая и анализируя волны, мы можем сделать выводы о свойствах нейтронных звезд и узнать об их внутреннем составе и физике, действующей в их экстремальных условиях».
Как гравитационный физик, Юнес был заинтересован в определении того, как гравитационные волны кодируют информацию о приливных силах, которые искажают форму нейтронных звезд и влияют на их орбитальное движение. Эта информация также могла бы рассказать физикам больше о динамических материальных свойствах звезд, таких как внутреннее трение или вязкость, «что могло бы дать нам представление о неравновесных физических процессах, которые приводят к чистой передаче энергии в систему или из нее», сказал Юнес.
Используя данные гравитационно-волнового события, идентифицированного как GW170817, Юнес вместе с исследователями из Иллинойса Джастином Рипли, Абишеком Хегаде и Рохитом Чандрамули, использовали компьютерное моделирование, аналитические модели и сложные алгоритмы анализа данных, чтобы проверить, что неравновесные приливные силы в двойных нейтронных звездных системах обнаруживаются с помощью гравитационных волн. Событие GW170817 было недостаточно громким, чтобы дать прямое измерение вязкости, но команда Юнеса смогла наложить первые наблюдательные ограничения на то, насколько большой может быть вязкость внутри нейтронных звезд.
Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
«Это важный шаг вперед, особенно для ICASU и U. of I.», — сказал Юнес. «В 70-х, 80-х и 90-х годах Иллинойс был пионером многих ведущих теорий ядерной физики, особенно связанных с нейтронными звездами. Это наследие может продолжиться с доступом к данным с передовых детекторов LIGO и Virgo, сотрудничеством, которое стало возможным благодаря ICASU, и десятилетиям опыта в области ядерной физики, уже имеющегося здесь».
Больше информации: Justin L. Ripley et al, A constraint on the dissipative tidal deformability of neutron stars, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02323-7
0 комментариев