Какую массу способна набрать нейтронная звезда? Исследование венгерских физиков
Чайная ложка вещества нейтронной звезды весит миллиарды тонн. Целых два Солнца спрессованы в шар размером с небольшой город. Но как далеко можно зайти в этой экстремальной упаковке? Где та грань, за которой звезда не выдерживает и схлопывается в чёрную дыру? Венгерские физики из Исследовательского центра физики HUN-REN Wigner, кажется, нашли точный ответ: от 2,2 до 2,3 солнечных масс.
Почему этот диапазон так важен
Судьба массивной звезды зависит от массы её ядра. Когда термоядерное топливо заканчивается, внешние слои срываются взрывом сверхновой, а ядро сжимается до невероятной плотности. Если остаток весит меньше определённого порога, образуется нейтронная звезда. Если больше — чёрная дыра. Этот предел впервые описали ещё в 1939 году в уравнении Толмена — Оппенгеймера — Волкова, но точное число оставалось неизвестным. Новая работа Gábor Kasza et al. (2026) впервые даёт надёжную верхнюю границу, основанную на реальных наблюдениях и теоретических ограничениях.
Как моделировали вещество внутри звезды
Вся физика нейтронных звёзд подчиняется так называемому уравнению состояния — своду правил, описывающих поведение материи при невообразимых давлениях. Взять образец вещества напрямую мы не можем, поэтому учёные создают модели. Команда из Венгрии использовала две: SFHo и DD2. Первая описывает «мягкую», более сжимаемую ядерную материю, вторая — более жёсткую и упругую. Чтобы модели не нарушали фундаментальный закон физики — скорость звука не может превышать скорость света, — авторы искусственно подогнали их под результаты пертурбативной квантовой хромодинамики (pQCD). Это математический аппарат, который описывает поведение кварков и глюонов при сверхвысоких энергиях.
Наблюдения, которые всё уточнили
Одних моделей недостаточно. Исследователи проверили свои расчёты на реальных данных. Телескоп NICER (Neutron Star Interior Composition ExploreR) замерил горячие пятна на поверхности быстро вращающихся пульсаров — это дало информацию о внутренней структуре. Затем они учли «сжимаемость» нейтронных звёзд по данным гравитационно-волнового события GW170817 — первого зарегистрированного слияния двух таких объектов. После всех уточнений обе модели независимо друг от друга сошлись на одном и том же значении: максимум массы лежит между 2,2 и 2,3 солнечных масс. Радиус при этом примерно 12 километров — с городскими кварталами, а не с горой.
Объекты из «разрыва масс» — кто они?
Новый результат ставит под вопрос природу нескольких загадочных небесных тел. Например, объект GW190814, обнаруженный гравитационными детекторами, весит 2,59 солнечных масс. Если бы это была нейтронная звезда, она бы грубо нарушила модель DD2: материал такой плотности не смог бы быть достаточно деформируемым, чтобы соответствовать данным слияния GW170817. Аналогичная ситуация с источником HESS J1731-347. Авторы исследования утверждают: эти объекты — не нейтронные звёзды, а лёгкие чёрные дыры. Так они закрывают давний вопрос о «разрыве масс» — диапазоне, где, казалось бы, нет ни тех ни других.
Получается, что природа чётко проводит черту: тяжелее 2,3 масс Солнца — только чёрная дыра. Но что именно происходит с веществом на самой границе? Откуда берутся пульсары с массой, близкой к предельной? Ответы на эти вопросы придётся добывать из новых гравитационно-волновых событий и более точных замеров NICER. Может быть, завтрашние наблюдения сдвинут границу на несколько сотых солнечной массы — или поставят перед нами ещё более сложную загадку.
