Невидимое сердце пульсара: как взвесить «мертвую» звезду на расстоянии 157 парсек?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

В бескрайнем океане космоса, среди мириад мерцающих звёзд, дрейфуют объекты, настолько плотные и загадочные, что даже само их существование кажется вызовом привычным законам физики. Это нейтронные звёзды — останки некогда могучих светил, сжатых гравитацией до размеров небольшого города. Представьте себе объект, масса которого в полтора раза превышает массу Солнца, сконцентрированную в сфере диаметром всего 20-30 километров! Чайная ложка вещества такой звезды весила бы на Земле миллиард тонн — вес, сопоставимый с массой всех людей на планете.

Но не только чудовищная плотность делает нейтронные звезды столь интригующими объектами для науки. Вращаясь с невероятной скоростью, достигающей сотен оборотов в секунду, эти космические маяки излучают в пространство мощные пучки радиоволн и рентгеновского излучения. Эти строго периодические импульсы, подобно тиканью космических часов, несут в себе ценнейшую информацию о строении и свойствах самых экстремальных объектов во Вселенной.

Среди множества «маяков» Вселенной особо выделяется пульсар PSR J0437-4715, расположенный в созвездии Живописца. Этот стремительный объект, совершающий 174 оборота в секунду, находится всего в 510 световых годах от Земли, что делает его ближайшим к нам миллисекундным пульсаром и предоставляет астрономам уникальную возможность заглянуть в самое сердце этих экстремальных объектов.

Космический
Космический «маяк*», иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Недавно международная команда учёных, опираясь на данные, полученные с помощью рентгеновского телескопа NICER (МКС), провела тщательный анализ пульсара PSR J0437-4715. Анализируя характеристики рентгеновских импульсов, исследователи поставили перед собой амбициозную задачу — «взвесить» мёртвую звезду, находящуюся от нас на расстоянии в триллионы километров.

Как же можно определить массу объекта, наблюдая за ним с такого огромного расстояния? Оказывается, характер рентгеновского излучения пульсара непосредственно зависит от его массы, радиуса и взаиморасположения магнитных полюсов. Используя сложные математические модели и мощные компьютеры, учёные смогли построить детальную картину PSR J0437-4715 и определить его физические параметры.

Апостериорные распределения ST-U (сглаженные с помощью GetDist KDE), полученные в девяти прогонах вычислений, для радиуса, компактности и массы. На угловом графике слева показаны результаты трех прогонов с настройками MultiNest, идентичными принятым в R19, но полученные в новой системе X-PSI и данных, описанных в разделах 2 и 3. Во всех этих прогонах мы использовали настройки X-PSI с высоким разрешением. Для сравнения, сплошными желтыми линиями мы также показываем распределения, найденные для прогона 1, модель ST-U, в R19. Пунктирными черными линиями показаны апостериорные распределения для прогонов SE 0.3, ET 0.1, LP 104, MM on, которые мы считаем эталонными для модели ST-U в данной работе. Угловой график справа показывает результаты для трех прогонов с настройками MultiNest по умолчанию. Мы также приводим апостериорные распределения для прогона, позволяющего излучать всей поверхности MSP (обозначенного как ST-U+Telse). На каждом из двух угловых графиков показаны новые астериоры, полученные в результате четырех прогонов с использованием различных настроек MultiNest, как указано в легенде. Кривые в изображении 2D-постериоров обводят 68%-ную область достоверности. Поверх 1D-постериоров мы приводим 68%-ные доверительные интервалы (представляющие собой область в пределах 16% и 84% квантилей в 1D-маргинализированном постериоре), начиная с медианы распределений. Эти значения, а также цветные области относятся к двум пунктирным черным линиям: прогону, включающему модальность с разделением мод, в левом углу графика, и прогону, принимающему модель ST-U+Telse, в правом углу графика.
Апостериорные распределения ST-U (сглаженные с помощью GetDist KDE), полученные в девяти прогонах вычислений, для радиуса, компактности и массы. На угловом графике слева показаны результаты трех прогонов с настройками MultiNest, идентичными принятым в R19, но полученные в новой системе X-PSI и данных, описанных в разделах 2 и 3. Во всех этих прогонах мы использовали настройки X-PSI с высоким разрешением. Для сравнения, сплошными желтыми линиями мы также показываем распределения, найденные для прогона 1, модель ST-U, в R19. Пунктирными черными линиями показаны апостериорные распределения для прогонов SE 0.3, ET 0.1, LP 104, MM on, которые мы считаем эталонными для модели ST-U в данной работе. Угловой график справа показывает результаты для трех прогонов с настройками MultiNest по умолчанию. Мы также приводим апостериорные распределения для прогона, позволяющего излучать всей поверхности MSP (обозначенного как ST-U+Telse). На каждом из двух угловых графиков показаны новые астериоры, полученные в результате четырех прогонов с использованием различных настроек MultiNest, как указано в легенде. Кривые в изображении 2D-постериоров обводят 68%-ную область достоверности. Поверх 1D-постериоров мы приводим 68%-ные доверительные интервалы (представляющие собой область в пределах 16% и 84% квантилей в 1D-маргинализированном постериоре), начиная с медианы распределений. Эти значения, а также цветные области относятся к двум пунктирным черным линиям: прогону, включающему модальность с разделением мод, в левом углу графика, и прогону, принимающему модель ST-U+Telse, в правом углу графика.
Автор: Serena Vinciguerra et al 2024 ApJ 961 62 DOI 10.3847/1538-4357/acfb83 CC-BY 4.0 Источник: iopscience.iop.org

Результаты исследований, опубликованные в научных журналах, оказались крайне интересными, хотя и не лишенными некоторой противоречивости. С одной стороны, измерение основных параметров PSR J0437-4715 — массы в 1,4 раза превышающей массу Солнца при диаметре всего 22,5 километра — в целом согласуется с существующими теоретическими моделями, описывающими процессы образования нейтронных звезд и подтверждает, что эти объекты являются одними из самых плотных во Вселенной.

Апостериорные распределения PDT-U (сглаженные с помощью GetDist KDE) радиуса, компактности и массы для двух прогонов логического вывода. Показаны результаты, полученные при анализе данных NICER (слева) и полученные в результате совместного анализа данных NICER и XMM-Newton (справа).
Апостериорные распределения PDT-U (сглаженные с помощью GetDist KDE) радиуса, компактности и массы для двух прогонов логического вывода. Показаны результаты, полученные при анализе данных NICER (слева) и полученные в результате совместного анализа данных NICER и XMM-Newton (справа).
Автор: Serena Vinciguerra et al 2024 ApJ 961 62 DOI 10.3847/1538-4357/acfb83 CC-BY 4.0 Источник: iopscience.iop.org

С другой стороны, масса PSR J0437-4715 оказалась ближе к нижней границе диапазона, предсказанного для подобных объектов. Это может свидетельствовать о том, что некоторые модели переоценивают предельно допустимую массу нейтронных звезд, и требуют дальнейшего уточнения с учётом новых данных.

Изучение PSR J0437-4715 — это лишь один из многих шагов на пути к пониманию природы нейтронных звёзд — этих удивительных и загадочных объектов, таящих в себе ещё множество неразгаданных тайн.

* — Дальневосточное общественное движение «Маяк» — признано иностранным агентом

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Главная проблема зеленой энергетики — это... пузырьки газа: как ученые перехитрили физику электролиза

Производство экологически чистого водорода с помощью электролиза воды — один из базовых процессов современной энергетики. Устройство электролизера принципиально простое: в емкость с...

«ВАЗ-2115: как появилась „пятнашка“ и чем она живёт спустя четверть века»

ВАЗ-2115 появилась в продаже в 1997 году и выпускалась до конца 2012-го. За это время менялись двигатели, оснащение и требования покупателей, но сама машина оставалась узнаваемой. Узкие фары,...

В бирманском янтаре нашли самое длинное перо динозавра. Оно объяснило, почему ящеры с крыльями не могли летать

Способность современных птиц летать напрямую зависит от того, как устроены их перья на микроскопическом уровне. Во время взмаха крыло испытывает сильное сопротивление воздуха, поэтому каждое...

Как один бензовоз перевозит АИ-92, АИ-95 и дизель, не смешивая топливо

Представьте обычную ситуацию на заправке. Подъезжает бензовоз, водитель готовит оборудование для разгрузки, а затем из одной машины пополняют запасы сразу нескольких видов топлива. В одном...

В озёра выпустили креветок, чтобы помочь лососю — в результате лосось исчез, а вместе с ним ушли сотни белоголовых орланов

В начале 1980-х осенью к ручью Макдональд-Крик в национальном парке Глейшер слетались сотни белоголовых орланов. Их привлекала рыба: кокани, пресноводная форма нерки, поднималась сюда на нерест из...

Ugreen Studio Max5s: обзор доступных полноразмерных беспроводных наушников с LDAC и автономностью 112 часов

Ugreen Studio Max5s это обновление популярных наушников Ugreen Max5с, которые уже пару лет являются настоящим бестселлером. В новой версии Max5s поработали над звуком, сделав его более...