Рентген из космоса: NICER заглядывает внутрь звёздных монстров

Нейтронные звёзды — одни из самых экстремальных объектов во Вселенной. Они образуются из коллапсирующих ядер сверхгигантских звёзд, их масса превышает массу Солнца, при этом они сжаты до размеров небольшого города. Исследование этих звёзд может помочь понять поведение материи в уникальных условиях, недоступных для воспроизведения на Земле.

NASA занимается изучением нейтронных звёзд с помощью миссии Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER) . Этот рентгеновский телескоп, установленный на Международной космической станции, фиксирует рентгеновское излучение, исходящее из горячих точек на поверхности нейтронных звёзд. Температура этих точек может достигать миллионов градусов.

Недавно учёные смогли измерить массу одной из таких звёзд, используя радиосигналы от быстро вращающегося пульсара PSR J0437-4715. Эти данные позволили определить радиус звезды, что дало наиболее точную информацию о материи внутри неё.

Нейтронные звёзды содержат вещество, плотность которого превышает плотность ядер атомов. Это самая плотная стабильная форма материи во Вселенной, находящаяся на грани коллапса в чёрную дыру. Понимание поведения материи в таких условиях является важным тестом для наших теорий фундаментальной физики.

Одна из задач миссии NICER — изучение пульсара PSR J0437-4715, ближайшего и самого яркого миллисекундного пульсара. Этот пульсар вращается 173 раза в секунду, и его наблюдения ведутся уже почти 30 лет с помощью радиотелескопа Murriyang в Австралии.

Команде учёных пришлось преодолеть сложности, связанные с моделированием горячих точек на поверхности звезды, вызванные рентгеновским излучением от соседней галактики. Радиоволны помогли найти независимое измерение массы пульсара, что оказалось ключевым для корректного определения его массы.

Измерение массы нейтронной звезды основывается на эффекте Шапиро, описанном в теории относительности Эйнштейна. Масса пульсара была определена как 1,42 массы Солнца, а его радиус — 11,4 километра. Эти данные исключают самые мягкие и самые жёсткие уравнения состояния нейтронных звёзд, помогая уточнить модели внутреннего устройства этих объектов.

Новое понимание материи внутри нейтронных звёзд подкрепляется также наблюдениями гравитационных волн от сталкивающихся нейтронных звёзд и связанных с этим взрывов — килоновая . Исторически радиотелескоп Murriyang уже помогал NASA, а сейчас он снова внёс важный вклад в фундаментальное понимание устройства Вселенной.