Сколько способов можно описать объект? Возьмем яблоко: просто взглянув на него, мы можем легко оценить его вес, форму и цвет, но мы не можем описать его на каком-либо другом уровне, например, чтобы оценить химический состав его мякоти. Нечто подобное относится и к астрономическим объектам: до сегодняшнего дня одной из задач, стоящих перед учеными, было описание нейтронных звезд на уровне ядерной физики.
Материя, из которой состоят эти звезды, на самом деле чрезвычайно сложна, и было предложено несколько сложных уравнений состояния. Однако на сегодняшний день нет согласия относительно того, какой из них является правильным (или лучшим). Теоретическое исследование, проведенное SISSA (Международная школа перспективных исследований Триеста) в сотрудничестве с Афинским университетом, продемонстрировало, что нейтронные звезды также можно описать относительно простыми терминами, наблюдая за структурой окружающего их пространства-времени.
"Нейтронные звезды представляют собой сложные объекты из-за вещества, из которого они состоят. Мы можем представить их как огромные атомные ядра с радиусом около десяти километров », — объясняет Георгиос Паппас, первый автор исследования, проведенного в SISSA. "Нейтронная звезда — это то, что осталось от коллапса массивной звезды: материя внутри нее чрезвычайно плотная и в основном состоит из нейтронов."
«Ядерная физика, необходимая для понимания природы материи, содержащейся в этих астрономических объектах, обычно делает их описание очень сложным и трудным для формулирования», — продолжает Паппас. «С помощью численных методов мы продемонстрировали, что есть свойства, которые могут дать описание некоторых аспектов нейтронных звезд и окружающего пространства-времени простым способом, аналогичным описанию, используемому для черных дыр."
Черные дыры — действительно уникальные объекты: они потеряли всю материю и состоят только из пространства и времени. Так же, как нейтронные звезды, они являются результатом коллапса более крупной звезды (в данном случае намного большей, чем звезды, дающие начало нейтронным звездам), и в результате схлопывания вся материя была унесена прочь. «Они считаются самыми совершенными объектами во Вселенной, и выражение« безволосый », придуманное Джоном Арчибальдом Уилером для обозначения их простоты, стало широко известным.
По нашим расчетам, даже нейтронные звезды можно изобразить очень похожим образом."
Ученые используют «мультипольные моменты» в качестве параметров для описания объектов. Моментов, необходимых для описания черной дыры, являются два: масса и угловой момент (скорость, с которой она вращается вокруг своей оси).
Для нейтронных звезд необходимы три момента: масса, угловой момент и квадрупольный момент, то есть коэффициент, описывающий деформацию объекта, вызванную его вращением.
«Наши расчеты выявили два неожиданных вывода.
Во-первых, мы обнаружили, что этих трех параметров достаточно, поскольку моменты более высоких уровней не являются независимыми и могут быть получены из первых трех », — объясняет Паппас. "Второе удивительное открытие заключается в том, что описание, основанное на этих параметрах, не зависит от уравнения уравнения состояния, или, скорее, нам даже не нужно знать, что является уравнением состояния."
На практике мы можем получить описание нейтронной звезды, не зависящее от вещества, которое ее формирует. "Это имеет серьезные последствия", — заключает Паппас. "Фактически, используя данные, собранные с помощью астрофизических наблюдений, — например, излучение нейтронной звезды, или информацию об объектах, тяготеющих вокруг звезды, или другую информацию — мы можем восстановить характеристики нейтронной звезды."
