Нейтронная звезда — это компактный остаток массивной звезды после вспышки сверхновой. Вещество в ней сжато до ядерной плотности: чайная ложка такого материала весила бы как гора. В этих экстремальных условиях протоны и нейтроны упакованы вплотную, и при колоссальном давлении могут рождаться гипероны — барионы, содержащие странный кварк. До сих пор оставалось неясным, как присутствие гиперонов влияет на динамику нейтронных звёзд.
Авторы нового исследования построили первую модель, которая одновременно отслеживает эволюцию концентраций электронов и странных частиц в веществе нейтронной звезды. Когда две такие звезды обращаются друг вокруг друга перед слиянием, приливные силы периодически сжимают и растягивают их вещество — аналогия с замешиванием теста здесь уместна, хотя в реальности деформации происходят в экстремально плотной ядерной среде. В ответ на эти возмущения внутри звезды запускаются ядерные реакции взаимопревращения частиц. Оказалось, что реакции с участием гиперонов протекают очень быстро, тогда как реакции с электронами — значительно медленнее. Из-за такого дисбаланса вещество не успевает достичь термодинамического равновесия и приобретает эффективную вязкость, подобную очень густому сиропу. Расчёты показывают, что эта вязкость в десятки раз превышает предсказания прежних моделей, не учитывавших гипероны.
Высокая вязкость действует как амортизатор, гасящий колебания звезды, подобно тому как амортизатор подавляет тряску автомобиля. Но для гравитационных волн это не просто диссипация энергии: меняется сам ритм сближения звёзд. Учёные рассчитали, что за время последних витков перед столкновением фаза гравитационной волны может сдвинуться на 0,14 радиана. Это заметная величина для детекторов LIGO и Virgo. Если такой фазовый сдвиг удастся измерить, он станет первым прямым наблюдательным свидетельством существования гиперонов в недрах нейтронных звёзд.
Таким образом, странные частицы, которые пока удаётся создавать только в ускорителях, могут проявлять себя в космосе — через едва уловимый сбой в гравитационном танце сливающихся нейтронных звёзд.
Гипероны живут меньше одной миллиардной доли секунды в лаборатории, но внутри нейтронной звезды могут существовать миллионы лет — давление не дает им распасться.
В романе «Пламя над бездной» Вернора Винджа нейтронные звезды служат домом для сверхразумных существ, чувствующих гравитационные волны.