Предел Оппенгеймера — Волкова

Предел Оппенгеймера — Волкова — верхний предел массы невращающейся нейтронной звезды, при которой она ещё не коллапсирует в чёрную дыру[1]. Если масса нейтронной звезды меньше этого значения, давление вырожденного нейтронного газа может компенсировать силы гравитации. Одновременно предел Оппенгеймера — Волкова является нижним пределом массы чёрных дыр, образующихся в ходе эволюции звёзд.

ИсторияПравить

Величина названа по именам Р. Оппенгеймера и Дж. М. Волкова, опубликовавших в 1939 году[2] — используя наработки Р. Ч. Толмена, статья которого была напечатана в том же журнале[3] — её оценку в 0,71 Mʘ (масс Солнца)[4]. Она была получена исходя из уравнения состояния, в котором не учитывалось нейтрон-нейтронное отталкивание за счёт сильного взаимодействия, которое на тот момент практически не было изучено[5][6].

Уравнение состояния вырожденной барионной материи с крайне высокой плотностью (~ 1014 г/см³[7]) в точности неизвестно и сейчас, в связи с чем неизвестно и точное значение предельной массы нейтронной звезды. Долгое время лучшие теоретические оценки предела Оппенгеймера — Волкова имели большую неопределенность и лежали в пределах от 1,6 до 3 Mʘ[1][8].

Гравитационно-волновая астрономия позволила существенно уточнить предел Оппенгеймера — Волкова: по результатам анализа события GW170817 (слияние нейтронных звёзд), для невращающейся нейтронной звезды он находятся в диапазоне от 2,01 до 2,16 масс Солнца. Масса быстро вращающейся нейтронной звезды может превышать это значение примерно на 20 %[9].

Экспериментальные данныеПравить

Вопрос об интервале между самыми тяжёлыми нейтронными звёздами и самыми лёгкими чёрными дырами в настоящий момент открыт[10][11].

  • Самая массивная (из открытых к настоящему времени) нейтронная звезда PSR J0740+6620 имеет массу 2,17 Mʘ[12]
  • Самой маломассивной (из известных) чёрной дырой до 2008 г. считалась GRO J1655-40 с массой 6,3 Mʘ[13]. В 2008 г. исследования показали, что масса чёрной дыры XTE J1650-500, открытой в 2001 г., составляет 3,8±0,5 солнечной массы[13][14], однако позже это заявление было отозвано, новая оценка её массы — 9,7±1,6 Mʘ[15]. Ещё одним кандидатом на статус самой маломассивной чёрной дыры является GRO J0422+32[en], масса которой оценивалась в 3,97±0,95 Mʘ[16], затем — в 2,1 Mʘ, что ставит под сомнение принадлежность этого объекта к чёрным дырам[10].
  • Гравитационное событие GW190814[en] — было зарегистрировано столкновение черной дыры массой 22.2–24.3 солнечных с неким "загадочным объектом" масса которого составила 2.50–2.67 солнечных. По заявлением ученых работающих в проекте LIGO-Virgo «мы не знаем, является ли этот объект самой тяжелой из известных нейтронных звезд или самой легкой из известных черных дыр, но в любом случае это рекорд».

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. 1 2 A Dictionary of Physics : [англ.] / Jonathan Law, Richard Rennie. — 7. — Oxford University Press, 2015. — С. 403. — 672 с. — ISBN 9780198714743.
  2. J. R. Oppenheimer and G. M. Volkoff. On Massive Neutron Cores : [англ.] // Physical Review. — 1939. — Т. 55, вып. 4 (15 February). — С. 374. — doi:10.1103/PhysRev.55.374.
  3. Richard C. Tolman. Static Solutions of Einstein's Field Equations for Spheres of Fluid : [англ.] // Physical Review. — 1939. — Т. 55, вып. 4 (15 February). — С. 364. — doi:10.1103/PhysRev.55.364.
  4. это меньше предела Чандрасекара — 1,4 Mʘ, уже известного в то время
  5. S. W. Hawking, W. Israel. Three Hundred Years of Gravitation : [англ.]. — Cambridge University Press, 1989. — С. 226. — 690 с. — ISBN 9780521379762.
  6. P. Haensel, A.Y. Potekhin, D.G. Yakovlev. Neutron Stars 1 : Equation of State and Structure. — New York, USA : Springer Science & Business Media, 2007. — С. 5. — 620 с. — (Astrophysics and Space Science Library). — ISBN 978-0-387-47301-7.
  7. это, в частности, в ~108 раз превышает плотность белых карликов
  8. Ian Ridpath. A Dictionary of Astronomy : [англ.]. — Oxford : OUP, 2012. — С. 341. — 534 с. — ISBN 9780199609055.
  9. Дмитрий Трунин. Астрофизики уточнили предельную массу нейтронных звезд, N+1 (17 января 2018). Дата обращения 25 марта 2019.
  10. 1 2 Kreidberg, Laura; Bailyn, Charles D.; Farr, Will M.; Kalogera, Vicky. Mass Measurements of Black Holes in X-ray Transients: is There a Mass Gap? : [англ.] // The Astrophysical Journal. — 2012. — Т. 757, № 1 (4 September). — С. 36. — doi:10.1088/0004-637X/757/1/36.
  11. Ethan Siegel. The Smallest Black Hole in the Universe (англ.). Starts with a bang!. Medium.com (25 June 2014). Дата обращения: 23 ноября 2017.
  12. Тимур Кешелава. Найдена самая массивная нейтронная звезда. N+1 (19 апреля 2019). — «Самой точной теоретической оценкой верхнего предела считается значение 2,16 масс Солнца, она получена с использованием информации об излученных гравитационных волнах в единственном известном на данный момент слиянии нейтронных звезд. Тем не менее, в пределах ошибок эти величины согласуются.». Дата обращения: 28 августа 2019.
  13. 1 2 Andrea Thompson. Smallest Black Hole Found, Space.com: Science & Astronomy (1 апреля 2008). Дата обращения 23 ноября 2017.
  14. NASA Scientists Identify Smallest Known Black Hole (англ.). НАСА. Дата обращения: 22 января 2009. Архивировано 25 августа 2011 года.
  15. Nickolai Shaposhnikov and Lev Titarchuk. Determination of Black Hole Masses in Galactic Black Hole Binaries Using Scaling of Spectral and Variability Characteristics : [англ.] // The Astrophysical Journal. — 2009. — Т. 699 (12 June). — С. 453. — doi:10.1088/0004-637X/699/1/453.
  16. Gelino, Dawn M.; Harrison, Thomas E. GRO J0422+32: The Lowest Mass Black Hole? : [англ.] // The Astrophysical Journal. — 2003. — Т. 599, № 2. — С. 1254. — doi:10.1086/379311.

СсылкиПравить