GW170817: как гравитационные волны дали первые данные о вязкости нейтронных звезд

Нейтронные звёзды — одни из самых удивительных и загадочных объектов в бескрайних просторах космоса. Они представляют собой космические лаборатории, где материя сжата до немыслимых плотностей, многократно превышающих плотность атомных ядер. Эти экзотические объекты, размером с небольшой город, обладают массой, превосходящей массу Солнца! Изучение нейтронных звёзд — это ключ к расшифровке фундаментальных законов физики и пониманию свойств материи в экстремальных условиях, недоступных для воспроизведения в земных лабораториях.

Одним из самых перспективных методов исследования нейтронных звёзд является анализ гравитационных волн — ряби пространства-времени, возникающей при взаимодействии массивных объектов, таких как нейтронные звёзды или чёрные дыры. Эти волны, предсказанные Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности, несут в себе ценнейшую информацию о свойствах источников, их внутреннем строении и динамике взаимодействия.

Приливные силы: космический танец деформаций

Представьте себе две нейтронные звезды, вращающиеся друг вокруг друга. Мощное гравитационное поле каждой из них начинает деформировать соседку, вызывая образование приливных горбов — выпуклостей, направленных в сторону соседа. Этот процесс напоминает приливы и отливы на Земле, вызванные гравитацией Луны. Однако, в отличие от водной поверхности Земли, материя внутри нейтронных звёзд обладает гораздо большей вязкостью — внутренним трением, которое сопротивляется деформации и приводит к рассеиванию энергии.

Запаздывание приливных горбов: ключ к разгадке вязкости

Вязкость нейтронной звезды играет ключевую роль в формировании её отклика на приливные силы. Из-за внутреннего трения приливные горбы не успевают мгновенно подстроиться под изменяющееся гравитационное поле компаньона. Они запаздывают, отставая от орбитального движения звёзд на некоторый угол. Это запаздывание оказывает существенное влияние на характер излучаемых гравитационных волн. Анализируя форму и частоту этих волн, учёные могут получить информацию о вязкости нейтронных звёзд и, следовательно, о процессах, происходящих в их недрах на микроскопическом уровне.

GW170817: первый взгляд на вязкость нейтронных звёзд

В 2017 году детекторы гравитационных волн LIGO и Virgo зарегистрировали сигнал от слияния двух нейтронных звёзд — событие, получившее название GW170817. Это открытие стало настоящим прорывом в астрофизике, открыв новую эру гравитационно-волновой астрономии. Анализ данных GW170817 с помощью усовершенствованных моделей, учитывающих эффекты запаздывания приливных горбов, показал, что вязкость нейтронных звёзд не бесконечно велика, как предполагалось ранее. Было получено первое в истории ограничение на этот важный параметр.

Перспективы будущих исследований

Полученное ограничение на вязкость нейтронных звёзд — это лишь первый шаг на долгом и увлекательном пути исследования этих удивительных объектов. В будущем планируется использовать данные с новых, более чувствительных детекторов гравитационных волн, таких как Cosmic Explorer и Einstein Telescope. Это позволит намного точнее измерить вязкость и другие свойства нейтронных звёзд, а также проверить различные теоретические модели, описывающие их внутреннее строение и состав.

Возможно, гравитационные волны от нейтронных звёзд помогут нам раскрыть не только секреты этих уникальных объектов, но и тайны самой Вселенной, пролив свет на фундаментальные законы природы и свойства материи в самых экстремальных условиях.