Астрофізики запропонували заглянути в надра нейтронних зірок, фіксуючи коливання гравітаційних хвиль, що виникають безпосередньо в момент злиття. Розкрити найважливішу інформацію про ядерні процеси всередині світил можна, зловивши особливий «чистий» сигнал. Будучи одним із наслідків зоряної еволюції, нейтронні зірки являють собою екстремальні об’єкти: їх маса перевершує сонячну іноді у 2,16 раза, а радіус досягає 10-13 кілометрів. Оскільки тиск і щільність речовини всередині цих небесних тіл настільки великі, що відтворити їх у лабораторних умовах не можна, питання про те, яку роль грають ядерні взаємодії за таких високих тисків, залишається одним із головних у сучасній астрофізиці.
Ось чому вчених так цікавить злиття нейтронних зірок (в результаті якого формується масивніша нейтронна зірка або чорна діра). Коли дві нейтронні зірки обертаються навколо один одного, то рухаються по спіралі внаслідок випромінювання гравітаційних хвиль — спотворень у просторі-часі, що поширюються Всесвітом зі швидкістю світла.
Найпотужніші коливання виникають безпосередньо в момент злиття і в наступні мілісекунди, коли виникає надзвичайно масивна нейтронна зірка, що швидко обертається, яка якийсь час випромінює гравітаційні хвилі з характерною вузькою смугою частот. Саме за цим «чистим» сигналом вчені і «полюють». Вперше сигнал, що випускається нейтронними зірками при злитті, зафіксували у 2017 році за допомогою детекторів гравітаційних хвиль LIGO (розташовані у США) та Virgo (Італія). Джерелом хвилі під назвою GW170817 стали два об’єкти масою близько 1,1 та 1,6 сонячної маси відповідно.
Тепер вчені з Франкфуртського університету імені Йоганна Вольфганга Гете (Німеччина) з’ясували, що хоча сила такого «чистого» сигналу поступово слабшає, його частота прагне якогось постійного значення. Цю стадію астрофізики назвали «тривалим загасанням» за аналогією з камертоном — коли в останнього згодом зникають зайві обертони, залишається лише одна основна нота. Результати дослідження, опублікованого в журналі Nature Communications, показали, що саме в цій «чистій ноті» прихована важлива інформація про щільність та тиск усередині нейтронних зірок.
Такого висновку вчені дійшли, застосувавши комп’ютерне моделювання: «тривале згасання» виявилося пов’язане з максимально можливим тиском і щільністю в ядрах зірок. Таким чином астрофізики змогли «намацати» найекстремальніші ділянки діаграми станів речовини.
«Завдяки новітнім методам статистичного моделювання та високоточним симуляціям на потужних суперкомп’ютерах ми знайшли нову фазу „тривалого згасання“ при злиттях нейтронних зірок. Цей ефект може забезпечити нові та суворі обмеження на стан речовини усередині світил», — пояснив один з авторів наукової роботи Крістіан Еккер (Christian Ecker).
Хоча сучасні гравітаційно-хвильові обсерваторії (LIGO, Virgo, KAGRA) досі не змогли почути чистий сигнал злиття нейтронних зірок, дослідники сподіваються, що зареєструвати його зможуть детектори майбутнього покоління. Якщо їх висновки правильні, то «тривале згасання» стане незамінним інструментом для вивчення будови одних із найщільніших та найекстремальніших об’єктів у Всесвіті.