Ученые КФУ теоретически обосновали существование «странных» нейтронных звезд
Обоснование существования «странных» нейтронных звезд в рамках модифицированной (неэйнштейновской) теории гравитации выполнили в своей работе ученые кафедры теории относительности и гравитации Института физики Казанского федерального университета (КФУ), 4 апреля сообщает пресс-служба вуза.
Теоретические исследования физиков КФУ согласуются с недавними наблюдательными данными, полученными астрономами с помощью телескопов.
Свои научные результаты ученые представили в статье «Нейтронные звезды анти-де Ситтера в теории гравитации с неминимальной производной связью», опубликованной в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Один из авторов статьи, завкафедрой теории относительности и гравитации Сергей Сушков, который со своими коллегами занимается построением реалистичных космологических и астрофизических моделей в различных модифицированных (неэйнштейновских) теориях гравитации, рассказал, о том, как им удалось решить важную астрофизическую проблему.
Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна за свою столетнюю историю была успешно подтверждена экспериментальными проверками и очень хорошо описывает гравитационные эффекты в пределах Солнечной системы.
Однако появляющиеся в последние годы различные данные наблюдений и теоретические аргументы, указывают на то, что в сильных гравитационных полях эйнштейновская теория гравитации требует модификации.
«Поскольку появляются новые наблюдательные данные, которые не удается объяснить в рамках ОТО, физики-теоретики пытаются решить эту проблему с помощью расширения или модификации эйнштейновской теории гравитации», — рассказал Сергей Сушков.
В своей статье ученые представили результаты исследований нейтронных звезд в теории гравитации с неминимальной кинетической связью между скалярным полем и кривизной, являющейся специальным подклассом гравитации Хорндески.
В свою очередь, теория Хорндески представляет собой наиболее общее расширение ОТО в виде скалярно-тензорной теории гравитации с уравнениями движения второго порядка и не выше.
«Для ответа на вопрос, насколько жизнеспособна та или иная модифицированная теория гравитации, физику-теоретику требуется провести исследования астрофизических моделей и сравнить полученные результаты с наблюдательными данными. В результате можно понять, насколько хорошо модифицированная теория соотносится с наблюдениями, и получить актуальные ограничения на параметры теории», — пояснил решаемую задачу автор статьи.
Хорошими объектами для проверки различных модифицированных теорий гравитации являются нейтронные звезды, так как обладают сильными гравитационными полями, отметил ученый. Они представляют собой компактное космическое тело, образовавшееся из звезды-сверхгиганта при вспышке сверхновой в том случае, когда массы исходной звезды недостаточно для формирования черной дыры.
При взрыве сверхновой внешние оболочки звезды выбрасываются в космическое пространство, а оставшееся вещество образует такое плотное ядро, что под действием гравитации электроны и протоны сливаются в нейтроны. Плотность новой нейтронной звезды в ее центре превышает плотность атомного ядра.
Массы нейтронных звезд сравнимы с массой Солнца, при том что их радиус обычно находится в пределах 10–12 километров, сообщил Сушков.
Ученые КФУ создали и исследовали новые модели нейтронных звезд в теории гравитации с неминимальной кинетической связью и установили необычные свойства таких моделей.
«Важная характеристика нейтронных звезд — это так называемая диаграмма „масса — радиус“, которая связывает две величины: массу нейтронной звезды и ее радиус. Обычно с уменьшением массы уменьшается сила гравитационного притяжения, и радиус звезды увеличивается, то есть нейтронная звезда становится менее плотной», — продолжил свои пояснения Сергей Сушков.
Однако в теории гравитации с неминимальной кинетической связью диаграмма «масса — радиус» для нейтронных звезд существенно отличается от стандартных диаграмм, получаемых в общей теории относительности, указали в своей статье авторы.
«На полученных нами диаграммах радиус звезды монотонно уменьшается с уменьшением массы. Нейтронные звезды с такой зависимостью радиуса от массы были известны в научной литературе. Они получили название „странных“ звезд», — отметил Сушков.
Такие «странные» звезды менее массивны, чем обычные нейтронные звезды, и их труднее наблюдать. Поэтому до недавних пор существование таких звезд не было подтверждено наблюдениями астрономов. Однако в последние годы были открыты новые объекты, которые могут оказаться «странными» звездами.
Статья ученых кафедры теории относительности и гравитации КФУ содержит доказательства существования «странных» звезд в рамках решений модифицированной теории гравитации.
Авторы намерены продолжать исследования этих интересных космических объектов, надеясь, что новые данные астрономических наблюдений позволят им доработать модель для более точного предсказания допустимых параметров модифицированной теории гравитации.
