Два арбуза одинакового веса лежат на прилавке. Один — спелый, сочный, с толстой коркой. Второй — словно вырезан из дуба: внутри он совсем иной, и сжать его почти невозможно. На вид они близнецы, но стоит постучать — и разница очевидна. Примерно так астрофизики описывают «звёзды-близнецы» — нейтронные звёзды одной массы, но с принципиально разной начинкой.
В обычной нейтронной звезде вещество сжато так сильно, что атомы раздавлены, и протоны с электронами слиплись в нейтроны. Это похоже на гигантское атомное ядро размером с город. Но что, если в самом центре давление столь велико, что нейтроны рассыпаются на кварки — и рождается кварковая сердцевина? Именно такой фазовый переход (скачок плотности, как при превращении воды в лёд) рассмотрели авторы работы. Они взяли данные о массах и радиусах нескольких нейтронных звёзд, измеренные телескопом NICER, и добавили два загадочных объекта — HESS J1731-347 и XTE J1814-338. Их радиусы подозрительно малы, около 6–7 километров.
Оказалось, что для объяснения таких крохотных звёзд нужен очень резкий скачок энергии — около 600–700 МэВ на кубический фемтометр (это в сотни раз больше энергии, выделяющейся при делении урана). После перехода вещество становится почти несжимаемым: скорость звука в нём приближается к скорости света. Так рождается вторая, «гибридная» ветвь звёзд: при той же массе радиус падает почти вдвое по сравнению с чисто нейтронной звездой. Самое интересное — такие звёзды-близнецы гораздо слабее деформируются под действием приливных сил. Если одна из них сольётся с другой в паре, гравитационные волны от этого события будут заметно отличаться от привычных. Эту разницу смогут уловить детекторы нового поколения.
Чайная ложка вещества нейтронной звезды весит около миллиарда тонн — примерно как гора Эверест. Но в кварковой сердцевине плотность может быть ещё в несколько раз выше.
В романе «Яйцо дракона» Роберта Форварда описана жизнь на поверхности нейтронной звезды, где чудовищная гравитация и плотность создают совершенно немыслимые формы материи.