Недавно в журнале Nature Communications опубликованы результаты, в которых учёные из Гёттингенского университета имени Иоганна Вольфганга Гёте во главе с профессором Лучано Реццоллой представили исследование под названием «A final 'pure' tone emitted after a collision of neutron stars may reveal their interiors.» В работе также участвовали представители кластера ELEMENTS, объединяющего специалистов из Франкфурта и Дармштадта.
Научная группа под руководством профессора Реццоллы сфокусировалась на моделировании поведения нейтронных звёзд — объектов размером примерно в дюжину километров, но обладающих массой, превышающей массу всей Солнечной системы. Сложность этих звёзд кроется во внутренней структуре, которую определяет уравнение состояния (EOS), описывающее поведение вещества при экстремальных плотностях.
Важную экспериментальную базу для наблюдений обеспечивает гравитационно-волновая астрономия, особенно после знаменитого столкновения нейтронных звёзд, зафиксированного в 2017 году. Наиболее сильные сигналы возникают в момент слияния и в первые миллисекунды после него, когда формируется массивный быстро вращающийся объект, называемый пост-мерджерным остатком.
Учёные установили, что гравитационные волны от этого новообразованного объекта уменьшают амплитуду, но частота сигнала постепенно "очищается", превращаясь в одну доминирующую ноту, которую исследователи назвали "длительным звоном" (long ringdown). По словам профессора Реццоллы, «точно так же, как камертон из разных материалов звучит по-разному, остаток звезды при различных уравнениях состояния будет иметь отличающиеся частоты. Обнаружение этого сигнала имеет потенциал раскрыть, из чего состоят нейтронные звёзды».
Основная ценность такого «длительного звона» заключается в том, что различные уравнения состояния порождают разные чистые тона, и, обнаружив их, можно определить свойства материи при ультра-высоких плотностях. Авторы применили передовые общерелятивистские симуляции, где используемые модели максимально точно отражают термоядерные процессы в недрах звезды.
«Это исследование, – подчёркивает профессор Реццолла, – наглядно демонстрирует превосходство науки во Франкфурте и Дармштадте: нейтронные звёзды занимают центральное место в научных приоритетах кластера ELEMENTS». Основополагающий вклад внесли и другие члены группы: «Благодаря достижениям статистического моделирования и высокоточным симуляциям, – говорит д-р Кристиан Эккер, – нам удалось выявить новую фазу длительного звона, что открывает путь к лучшему пониманию плотного вещества нейтронных звёзд». Д-р Тайлер Горда добавляет: «Умелый выбор нескольких уравнений состояния позволяет эффективно имитировать результаты целого статистического ансамбля, при этом расходуя меньше компьютерного времени и энергии. Наши выводы надёжны и будут применимы к любому уравнению состояния, которое реально существует в природе».
Некоторые пост-мерджерные сигналы пока не обнаружены действующими гравитационно-волновыми детекторами. Однако планируемые к запуску в ближайшие десять лет установки вроде Einstein Telescope в Европе с большой вероятностью зафиксируют этот "чистый тон". Ожидается, что точный анализ «длительного звона» даст исследователям ключ к разгадке внутренней структуры нейтронных звёзд и расширит представления о материи при самых экстремальных условиях.
Изображение носит иллюстративный характер
Научная группа под руководством профессора Реццоллы сфокусировалась на моделировании поведения нейтронных звёзд — объектов размером примерно в дюжину километров, но обладающих массой, превышающей массу всей Солнечной системы. Сложность этих звёзд кроется во внутренней структуре, которую определяет уравнение состояния (EOS), описывающее поведение вещества при экстремальных плотностях.
Важную экспериментальную базу для наблюдений обеспечивает гравитационно-волновая астрономия, особенно после знаменитого столкновения нейтронных звёзд, зафиксированного в 2017 году. Наиболее сильные сигналы возникают в момент слияния и в первые миллисекунды после него, когда формируется массивный быстро вращающийся объект, называемый пост-мерджерным остатком.
Учёные установили, что гравитационные волны от этого новообразованного объекта уменьшают амплитуду, но частота сигнала постепенно "очищается", превращаясь в одну доминирующую ноту, которую исследователи назвали "длительным звоном" (long ringdown). По словам профессора Реццоллы, «точно так же, как камертон из разных материалов звучит по-разному, остаток звезды при различных уравнениях состояния будет иметь отличающиеся частоты. Обнаружение этого сигнала имеет потенциал раскрыть, из чего состоят нейтронные звёзды».
Основная ценность такого «длительного звона» заключается в том, что различные уравнения состояния порождают разные чистые тона, и, обнаружив их, можно определить свойства материи при ультра-высоких плотностях. Авторы применили передовые общерелятивистские симуляции, где используемые модели максимально точно отражают термоядерные процессы в недрах звезды.
«Это исследование, – подчёркивает профессор Реццолла, – наглядно демонстрирует превосходство науки во Франкфурте и Дармштадте: нейтронные звёзды занимают центральное место в научных приоритетах кластера ELEMENTS». Основополагающий вклад внесли и другие члены группы: «Благодаря достижениям статистического моделирования и высокоточным симуляциям, – говорит д-р Кристиан Эккер, – нам удалось выявить новую фазу длительного звона, что открывает путь к лучшему пониманию плотного вещества нейтронных звёзд». Д-р Тайлер Горда добавляет: «Умелый выбор нескольких уравнений состояния позволяет эффективно имитировать результаты целого статистического ансамбля, при этом расходуя меньше компьютерного времени и энергии. Наши выводы надёжны и будут применимы к любому уравнению состояния, которое реально существует в природе».
Некоторые пост-мерджерные сигналы пока не обнаружены действующими гравитационно-волновыми детекторами. Однако планируемые к запуску в ближайшие десять лет установки вроде Einstein Telescope в Европе с большой вероятностью зафиксируют этот "чистый тон". Ожидается, что точный анализ «длительного звона» даст исследователям ключ к разгадке внутренней структуры нейтронных звёзд и расширит представления о материи при самых экстремальных условиях.
