Учёные Национальной радиоастрономической обсерватории обнаружили J0740+6620 – самую массивную нейтронную звезду во многовековой истории астрономии. Это космическое тело существует на грани законов физики. Результаты исследования невероятной звезды были опубликованы в научном журнале Nature Astronomy.

Нейтронные звёзды – это космические тела, которые являются результатом одного из возможных путей эволюции сверхновых звёзд. Как правило, их диаметр сравним с размером таких городов как Чикаго или Атланта. Несмотря на столь малые для звезды габариты, они имеют огромную массу – это объясняется сильнейшим сжатием вещества в результате взрыва сверхновой. В процессе гравитационного коллапса протоны и электроны звёздной материи сливаются в нейтроны, лишённые электрического заряда. Поскольку нейтроны не могут отталкиваться друг от друга, они способны образовать очень плотную материю. Плотность нейтронной звезды можно сравнить с плотностью Солнца, сжатого до размеров крупного города.

Звезда J0740+6620 была обнаружена при помощи телескопа Green Bank в Западной Виргинии. Это космическое тело находится в 4600 световых годах от Земли. Её масса в 333000 раз больше земной и в 2,17 ± 0,15 раза больше массы Солнца. Для сравнения, прежние рекордсмены среди нейтронных звёзд – двойные системы Vela X-1, PSR J1614–2230, PSR J0348+0432 – имеют массу в 1,88, 1,97 и 2,01 раза больше солнечной соответственно. Диаметр J0740+6620 составляет не более 24 километров. Такое соотношение размера и массы позволяет предположить, что обнаруженная нейтронная звезда находится на грани превращения в чёрную дыру.

Кроме того, согласно классификации нейтронных звёзд, J0740+6620 относится к эжекторам – радиопульсарам, которые представляют необыкновенный интерес для астрономов и физиков. Регулярное и сверхбыстрое вращение звезды вокруг своей оси делает её похожей на невероятно точные атомные часы, эталон в измерении времени. Название категории происходит от повторяющихся лучей радиосигналов, которые исходят от магнитных полюсов звезды с каждым её оборотом и напоминают пульсирующий свет маяка.

J0740+6620 стала случайной находкой в процессе поиска гравитационных волн, исходящих от пульсаров. Учёным удалось измерить массу звезды благодаря тому, что она является частью двойной системы. Компаньоном нейтронной звезды оказался белый гелиевый карлик, гравитация которого искажает космическое пространство вокруг всей системы. Из-за этого искажения происходит задержка радиосигнала, исходящего от пульсара – так называемый эффект Шапиро, предсказанный общей теорией относительности Эйнштейна. Величина этой задержки напрямую связана с массой тяготеющего объекта. Измерив частоту прохождения белого гелиевого карлика между нейтронной звездой и наблюдателем – то есть орбитальный период двойной системы, учёные сумели рассчитать массу звезды-компаньона. Она составляет 0,26 массы Солнца. Далее, следуя релятивистской теории, а также учитывая период вращения двух гравитационно связанных тел и массу одного из них, нетрудно было определить и массу второго.

Каждая очередная «самая массивная» нейтронная звезда подводит учёных ближе к пониманию того, где же всё-таки находится верхний предел массы нейтронных звёзд и грань между звездой и чёрной дырой. Двойная система гелиевого карлика и J0740+6620 является потрясающей космической лабораторией, благодаря которой астрономы и астрофизики сумеют найти ответы на множество вопросов о природе нейтронных звёзд. Обнаружение этой системы позволит специалистам Национальной радиоастрономической обсерватории установить, какие обстоятельства приводят к коллапсу сверхновых. Кроме того, по мере дальнейшего наблюдения за J0740+6620 учёные надеются выяснить, является ли содержимое нейтронной звезды – сжатые нейтроны – квантовой жидкостью.