Ученые приблизились к ответу: насколько массивной может быть нейтронная звезда перед превращением в черную дыру

Четверг, 04 июня 2026, 09:40

Просмотров: 2685

Нейтронные звезды относятся к числу самых экстремальных объектов во Вселенной. Они рождаются после гибели массивных звезд и представляют собой остатки коллапсировавших звездных ядер, в которых вещество сжато до плотностей, недостижимых нигде на Земле. Несмотря на размеры всего около нескольких десятков километров, такие объекты способны содержать массу, сравнимую с массой нескольких Солнц. Однако даже спустя десятилетия исследований один из ключевых вопросов остается открытым: существует ли предел массы нейтронной звезды и где именно проходит граница между нейтронной звездой и черной дырой?

Новое исследование физиков из Венгерского научно-исследовательского центра физики имени Вигнера предлагает один из наиболее точных на сегодняшний день ответов. Согласно их расчетам, максимальная масса устойчивой нейтронной звезды находится в диапазоне от 2,2 до 2,3 массы Солнца. Если объект становится тяжелее, внутреннее давление уже не способно противостоять собственной гравитации, и коллапс в черную дыру становится практически неизбежным.

На первый взгляд разница между 2,2 и 2,3 солнечной массы может показаться незначительной. Однако для астрофизики это чрезвычайно важный диапазон, поскольку именно он определяет судьбу самых массивных звезд после их смерти и помогает понять процессы, происходящие в недрах сверхплотной материи.

Главная сложность заключается в том, что ученые не могут напрямую исследовать вещество нейтронных звезд. Даже самые мощные ускорители частиц не способны воспроизвести условия, существующие в их центрах. Давление там настолько велико, что атомные ядра буквально сливаются друг с другом, образуя экзотическую форму материи, свойства которой до сих пор остаются предметом активных исследований.

Для описания такого вещества физики используют так называемое уравнение состояния. Оно определяет, как ведет себя материя при экстремальных давлениях и плотностях. Именно от выбора уравнения состояния зависит расчет максимальной массы нейтронной звезды, ее радиуса и многих других характеристик.

В новой работе исследователи использовали две наиболее распространенные модели сверхплотной материи: SFHo и DD2. Первая предполагает более мягкое и сжимаемое ядерное вещество, тогда как вторая рассматривает его как более жесткое и устойчивое к сжатию. Хотя обе модели исходят из разных физических предположений, после сопоставления с современными наблюдательными данными они неожиданно привели к практически одинаковому результату.

Особое значение для исследования имели данные космического телескопа NICER, установленного на борту Международной космической станции. Этот инструмент позволяет измерять размеры и массу нейтронных звезд путем анализа горячих областей на поверхности быстро вращающихся пульсаров. Благодаря высокой точности измерений ученые смогли существенно ограничить возможные варианты внутреннего строения таких объектов.

Не менее важную роль сыграли наблюдения гравитационных волн. После исторического события GW170817, когда детекторы впервые зарегистрировали слияние двух нейтронных звезд, астрофизики получили уникальную возможность изучать свойства сверхплотной материи через деформацию звезд перед столкновением. Анализ этих данных позволил дополнительно уточнить допустимые параметры моделей.

Интересно, что итоговые результаты поставили под сомнение природу некоторых загадочных космических объектов. Наиболее известным примером остается объект GW190814 массой около 2,59 солнечной массы. Он слишком тяжелый для большинства современных моделей нейтронных звезд и одновременно слишком легкий для типичной черной дыры звездного происхождения. Подобные объекты долгое время считались промежуточными кандидатами между двумя классами космических тел.

Согласно новым расчетам, вероятность того, что GW190814 является нейтронной звездой, становится крайне низкой. Авторы исследования считают более вероятным объяснением его принадлежность к классу черных дыр. Аналогичные выводы могут касаться и другого необычного объекта — HESS J1731-347, который также вызывает споры среди астрофизиков.

Полученные результаты имеют важное значение не только для изучения нейтронных звезд. Они помогают проверить фундаментальные уравнения общей теории относительности, включая знаменитые уравнения Толмана—Оппенгеймера—Волкова, которые еще в 1939 году были предложены для описания структуры сверхплотных звездных остатков. На протяжении десятилетий эти уравнения оставались теоретической основой для понимания предельной массы нейтронных звезд, и современные наблюдения наконец позволяют проверить их с высокой точностью.

Несмотря на огромный прогресс, многие вопросы остаются без ответа. Ученые до сих пор не знают, существуют ли внутри наиболее массивных нейтронных звезд экзотические состояния вещества, такие как кварковая материя, гипероны или другие формы материи, предсказанные теоретической физикой. Не исключено, что дальнейшие наблюдения гравитационных волн и новые космические телескопы откроют дополнительные детали внутреннего строения этих объектов.

Сегодня нейтронные звезды остаются своеобразными природными лабораториями экстремальной физики. Их изучение позволяет исследовать свойства материи в условиях, которые невозможно воспроизвести на Земле. Новая работа приближает ученых к пониманию того, где заканчивается существование нейтронной звезды и начинается рождение черной дыры — одной из самых загадочных границ во всей современной астрофизике.