NASA запускает аппарат для изучения нейтронных звёзд
Нейтронные звёзды — это очень плотные сгустки материи: имея всего несколько десятков километров в диаметре, они обладают массой нескольких Солнц. Рождаются они в результате взрывов сверхновых: когда в огромной — от 7 до 20, а иногда и больше, солнечных масс звезде заканчивается водородное «топливо», происходит гравитационный коллапс, и всё вещество звезды оказывается сжато в очень плотный комок. Большую масса на тот же объём во Вселенной бывает только у чёрных дыр. Чайная ложка вещества нейтронной звезды может весить миллиарды тонн; массу горы Эверест, сжатой до плотности нейтронной звезды, можно поместить в кубик рафинада.
О том, как частицы ведут себя в таком сверхплотном веществе, известно немногое. Атомов и молекул, из которых состоит привычная нам материя, в нейтронных звёздах нет. Нейтроны, протоны и электроны в ней перемешаны и плотно прижаты друг к другу, и находятся в до сих пор не очень понятных учёным состояниях — например, формируют структуры, напоминающие вермишель. Инструмент NICER призван помочь астрофизикам понять, как частицы ведут себя в нейтронных звёздах.
Нейтронные звёзды — это ещё и самые сильные магниты во Вселенной; их магнитные поля в миллиарды раз сильнее земного. Часто они еще и вращаются с огромной — до сотни оборотов в час — скоростью. В магнитном поле вращающейся звезды частицы разгоняются до скоростей, близких к скорости света. На этих скоростях частицы врезаются в магнитные полюса звезды, сообщая им дополнительную энергию и заставляя излучать рентгеновские волны. Это излучение фиксируется земными телескопами, когда нейтронная звезда — пульсар поворачивается к Земле полюсом. Из-за вращения звезды пики рентгеновского излучения нейтронных звёзд возникают на мониторах астрофизиков со строго определённой периодичностью, как пульс, отсюда название таких бешено крутящихся звёзд — пульсары. Инструмент NASA NICER будет измерять динамику интенсивности и периодичность рентгеновского излучения пульсаров.
Кроме того, NICER будет измерять изменения светимости пульсаров, вызванные их собственной гравитацией: нейтронные звёзды такие тяжёлые, что искривляют пространство-время вокруг себя, а вместе с ним — и путь фотонов от звезды к наблюдателям на Земле. Изучение таких искажений должно помочь с большой точностью измерить радиусы и массу нейтронных звёзд и узнать, какова природа ограничения, не дающего нейтронной звезде превратиться в чёрную дыру. Это особенно актуально для систем двойных звёзд, одна из которых нейтронная. В таких парах нейтронная звезда постепенно вытягивает вещество из менее массивной звезды и увеличивает собственную массу, постепенно приближаясь к критическому порогу, после которого звезда превращается в чёрную дыру.
Изучение нейтронных звёзд поможет астрофизикам лучше ориентироваться в галактике: пульсары могут служить маячками для измерения расстояния до других объектов и даже межзвёздной навигации.
