Нейтронная звезда, вращающаяся с рекордной скоростью 707 оборотов в секунду, почти полностью поглотила соседнюю звезду, превратившись в самую тяжелую из известных нейтронных звезд. В настоящий момент масса этого компактного объекта превышает массу Солнца в 2,19-2,52 раза. Результаты наблюдений, доступные в репозитории arXiv и принятые к публикации в Astrophysical Journal Letters, открывают новые подробности о свойствах экзотической материи в сверхплотных недрах нейтронных звезд. Кратко об исследовании рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.
Исследователи провели спектрофотометрические наблюдения за массивным миллисекундным пульсаром PSR~J0952-0607 (J0952) и его компаньоном, которые находятся на расстоянии 3-5 тысяч световых лет от Земли, с помощью телескопа Обсерватории Кека (Гавайи). Один оборот нейтронная звезда делает за 1,41 миллисекунды, что делает ее самым быстровращающимся пульсаром в Млечном Пути. Она является «черной вдовой», то есть относится к тем нейтронным звездам, что своим излучением и гравитацией разрушают звезды-компаньонов, наращивая массу за счет них.
Однако нейтронные звезды не могут бесконечно увеличивать массу, и при достижении некоторого предела они должны коллапсировать в черную дыру. Сложно определить теоретически, какой может быть максимальная масса нейтронной звезды, поэтому «черные вдовы» считаются удобным объектом для выявления этого предела. Чтобы вычислить массу нейтронных звезд, астрономы обычно измеряют радиальную скорость компаньонов, но в случае J0952 соседняя звезда считалась слишком слабой для того, чтобы можно было определить радиальную скорость даже с помощью крупных телескопов.
Выходом из ситуации стало то, что звезда-компаньон J0952 в результате приливного захвата повернута к нейтронной звезде всегда одной стороной. В результате «дневная сторона» нагревается до температуры около 6200 кельвинов и становится достаточно яркой, чтобы ее можно было наблюдать в 10-метровый телескоп Кека на пределе его возможностей. Исследователи проследили за изменениями яркости звезды по мере ее вращения по 6,4-часовой орбите, что позволило определить ее радиальную скорость и в конечном итоге массу пульсара.
Таким образом, наблюдения за PSR~J0952−0607 и другими подобными нейтронными звездами позволили выявить нижний предел максимальной массы нейтронной звезды, равный 2,19 массы Солнца. Это в свою очередь накладывает сильные ограничения на уравнение состояния, которое описывает свойства ядерной материи в недрах пульсара. Дальнейшие исследования других «черных вдов» должны будут подтвердить, действительно ли эта масса является пограничной. В этом случае недра нейтронных звезд, вероятно, будут состоять из нейтронов, а также верхних и нижних кварков, но не из экзотической материи, состоящей из странных кварков.