Нейтронная звезда может быть в системе J0453+1559

Визуализация очень легкой нейтронной звезды, созданная взрывом звезды массой 9,9 солнечных, все еще окружена нагретым нейтрино материалом, выброшенным из ее горячей поверхностной области. Структура, показанная на рисунке, имеет диаметр около 250 км. Автор: Associate Professor Bernhard Müller

В 2015 году астрофизики обнаружили систему, состоящую из двух компактных звезд, вращающихся вокруг друг друга: пульсара (т. е. сильно намагниченной, быстро вращающейся, излучающей свет нейтронной звезды) и так называемой звезды-компаньона. Звезда-компаньон в этой системе имеет массу, равную 1,174 массы Солнца (M _⊙), что значительно меньше, чем у других известных нейтронных звезд с точно измеренными массами.

Природа этой звезды легкой массы в двойной пульсарной системе J0453+1559 до сих пор не полностью выяснена. В течение последних нескольких лет некоторые физики пытались пролить больше света на ее природу, используя как теорию, так и вычислительные инструменты.

В то время как некоторые исследователи предположили, что это может быть нейтронная звезда, другие подвергли эту гипотезу сомнению, предположив вместо этого, что это может быть белый карлик. Примечательно, что эти два типа звезд имеют разное происхождение: нейтронная звезда образуется, когда массивная звезда претерпевает взрыв сверхновой, в то время как белый карлик появляется, когда звезда с малой или средней массой исчерпывает свое ядерное топливо и сбрасывает внешние слои.

Исследователи из Университета Монаша и Технологического университета Суинберна недавно провели 3D-моделирование взрывов сверхновых, чтобы изучить возможность того, что маломассивная звезда в системе J0453+1559 является нейтронной звездой. Их статья, опубликованная в Physical Review Letters, предполагает, что эта звезда на самом деле может быть нейтронной звездой, а не белым карликом, как предполагали некоторые более ранние исследования.

«Мы работали с коллегами над другой статьей, которая теперь опубликована в Nature Astronomy», — рассказал Phys.org Бернхард Мюллер, первый автор статьи. «В этой статье были собраны наблюдения нейтронных звезд для реконструкции распределения массы нейтронных звезд. Происхождение нейтронной звезды с очень малой массой в системе J0453+1559 обсуждалось некоторое время, но наблюдения также показали несколько других нейтронных звезд с довольно малой массой».

Другая визуализация очень легкой нейтронной звезды, созданная взрывом звезды с массой 9,9 солнечных, все еще окружена нагретым нейтрино материалом, выброшенным из ее горячей поверхностной области. Структура, показанная на рисунке, имеет диаметр около 250 км. Автор: Associate Professor Bernhard Müller

Первоначально Мюллер и его коллеги Александр Хегер и Джейд Пауэлл начали искать возможные звезды-прародители для маломассивной звезды в большой базе данных моделей звездной эволюции, доступных им. Затем они провели моделирование сверхновой, чтобы определить, как современные теории звездной эволюции могли бы объяснить нейтронную звезду с такой малой массой.

«Мы рассмотрели 25 моделей звездной эволюции звезд, близких к минимальной массе, необходимой для взрывов сверхновых», — пояснил Мюллер. «Мы сосредоточились на пяти из них, где мы ожидали, что масса нейтронной звезды будет особенно низкой из-за структуры ядра прародителя, в частности массы железного и кремниевого ядра.

«Однако количество массы, которое оказывается в нейтронной звезде, зависит от сложной динамики взрыва (например, вещество может продолжать падать на нейтронную звезду, пока взрыв уже развивается)».

Исследователи провели 3D-моделирование сверхновых для пяти идентифицированных ими звезд-прародителей, которое охватывало период от их коллапса до взрыва. Эти моделирования позволили им с хорошей точностью предсказать массы нейтронных звезд, которые возникнут в результате взрывов.

«Исследование делает правдоподобным, что загадочный маломассивный объект в 1,17 солнечных масс в системе J0453+1559 действительно является нейтронной звездой, а не белым карликом, как недавно предположили некоторые авторы», — сказал Мюллер. «В большем масштабе исследование демонстрирует силу больших 3D-моделей для объяснения особенностей распределения масс нейтронных звезд и черных дыр и прояснения базовой эволюции звезд и физики взрыва».

В целом, моделирование, выполненное Мюллером, Хегером и Пауэллом, предполагает, что маломассивная звезда в двойной системе J0453 + 1559 на самом деле может быть нейтронной звездой. В своих следующих исследованиях ученые планируют провести больше 3D-моделирования, чтобы еще больше улучшить текущее понимание того, как рождаются различные небесные объекты, и их уникальных свойств, в частности нейтронных звезд и черных дыр.

«С ростом вычислительной мощности мы надеемся, что масштабное моделирование сможет подробно объяснить свойства рождения нейтронных звезд и черных дыр, например, их массы, скорости рождения и скорость их вращения», — добавил Мюллер.

«Особенно сложная проблема, над которой мы сейчас работаем, — это происхождение магнитных полей нейтронных звезд. Остается объяснить, почему некоторые нейтронные звезды, называемые магнетарами, рождаются с очень высокой поверхностной напряженностью поля порядка 10 ¹⁵ Гаусс. Мы надеемся, что трехмерное моделирование поможет объяснить их происхождение».

Больше информации: Bernhard Müller et al, Minimum Neutron Star Mass in Neutrino-Driven Supernova Explosions, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.071403. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2407.08407