Американські вчені заявили, що зіткнення нейтронних зірок відкриває шлях до нової фізики

Фізики з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн разом із колегами зі США та Індії повідомили про теоретичний прорив у розумінні нейтронних зір. У статті в Phys­i­cal Review Let­ters року вони довели, що змінна в часі припливна реакція нейтронної зорі під час зближення в парі може бути повністю описана через її власні коливальні моди — вже в рамках загальної теорії відносності.

У подвійних системах нейтронні зорі деформуються під дією гравітації одна одної, збуджуючи внутрішні коливання. Ці моди залишають характерний слід у гравітаційних хвилях, які фіксують детектори на Землі. Якщо навчитися правильно інтерпретувати цей сигнал, можна отримати дані про властивості надщільної матерії в надрах зорі, де густина перевищує густину атомних ядер у кілька разів.

Раніше в ньютонівській фізиці було відомо, що припливну відповідь можна розкласти на повний набір мод, подібно до гармонічних осциляторів. У загальній теорії відносності це довести значно складніше через сильну гравітацію, вплив компаньйона та випромінювання гравітаційних хвиль. Команда показала, як уникнути цих пасток і зберегти повноту фізичної моделі.

Для цього дослідники застосували метод узгоджених асимптотичних розкладів: простір розділили на зони сильної та слабкої гравітації й зшили розв’язки в буферній області. Такий підхід дозволив коректно врахувати припливне поле та винести випромінювання у вигляд малої поправки, що відкрило шлях до строгого доведення повноти мод у релятивістському випадку.

Практичний результат — нова математична база для майбутньої гравітаційно-хвильової астрономії. Нинішніх даних ще недостатньо, щоб впевнено бачити високочастотні моди, але з наступними поколіннями детекторів цей інструмент може стати ключовим для перевірки рівняння стану нейтронної матерії, пошуку фазових переходів та навіть ознак кваркового ядра всередині нейтронних зір.