Комбинация астрофизических и лабораторных данных уточнила параметры нейтронных звезд
Физики совместно проанализировали данные астрофизических наблюдений и лабораторных опытов по столкновению ядер золота при релятивистских энергиях. Это позволило экспериментально уточнить ограничения на уравнение состояния нейтронной материи и сопутствующие характеристики нейтронных звезд, однако существенных отличий между теоретической и новой наблюдательной оценкой не возникло. Статья опубликована в журнале Nature.
Чтобы правильно интерпретировать наблюдения таких событий, как вспышки сверхновых или столкновения нейтронных звезд, астрофизикам важно понимать, как ведет себя материя сверхъядерной плотности (порядка 3×1014 граммов в кубическом сантиметре — эта величина соответствует плотности насыщения ядерной материи; типичные нейтронные звезды в стабильном состоянии имеют массу порядка солнечной при радиусе всего в десяток километров). Количественно поведение материи описывают уравнением состояния — зависимостью давления от массовой плотности или концентрации барионов. Эта зависимость напрямую связана с допустимыми размерами и массами нейтронных звезд.
При плотностях ниже 1–2 от плотности насыщения уравнение состояния можно прогнозировать теоретически в рамках квантовой хромодинамики, а при плотностях существенно выше — получать ограничения методами электромагнитной и гравитационно-волновой астрономии (правда, со значительными неопределенностями). В промежуточном же регионе данные астрофизики и теоретические прогнозы могут дополнять друг друга. Кроме того, на этот диапазон плотностей приходятся данные лабораторных экспериментов по столкновению тяжелых ионов, что дает дополнительный источник ограничений.
Физики из Германии, Нидерландов, США и Швеции под руководством Сабрины Хут (Sabrina Huth) из Дармштадтского технического университета и Питера Пэнга (Peter Pang) из нидерландского Национального института субатомной физики проанализировали уравнение состояния в этом промежуточном диапазоне плотностей, используя все три доступных инструмента — теоретический анализ, астрофизические наблюдения и данные экспериментов по столкновениям тяжелых ионов.