Nowa metoda dokładnego, jednoczesnego wyznaczania zarówno masy jak i promienia gwiazdy neutronowej została zaproponowana przez zespół uczonych z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (CAMK) i Harvard University, kierowany przez Deepika Bollimpalli, doktorantkę w CAMK. Wyniki zostały opublikowane w the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: MNRAS 487, p.5129 (2019): "Atmospheric oscillations provide simultaneous measurement of neutron star mass and radius".
Powszechnie uważa się, że pomiary masy i promienia gwiazdy neutronowej są jedynymi dostępnymi obecnie metodami testowania teorii materii w stanie ultra wielkich gęstości.
Gwiazdy neutronowe są najbardziej zwartymi ciałami niebieskimi obserwowanymi we Wszechświecie. Gęstości w ich jądrach przekraczają gęstości jądrowe. Prawa rządzące materią o tak wielkiej gęstości są niepewne. Proponowanych jest wiele różnych równań stanu takiej materii. Każde z tych równań odpowiada unikalnej relacji masa - promień dla gwiazdy neutronowej o zadanej prędkości rotacji. Dlatego pomiar masy i promienia obserwowanej gwiazdy neutronowej pozwala nałożyć ograniczenia na możliwe równania stanu. Większość metod wyznaczania masy i promienia jest oparta na spektroskopii rentgenowskiej i jak dotychczas nie udało się uzyskać dostatecznie dokładnych wyników, które pozwoliłyby skutecznie określić możliwe równania stanu. Możliwe było jedynie nałożenie ograniczeń.
Autorzy cytowanej pracy, D. Bollimpalli, M. Wielgus, D. Abarca, & W. Kluźniak, proponują nową metodę jednoczesnego pomiaru zarówno masy jak i promienia. Metoda jest oparta na badaniu czasowego przebiegu zjawisk w atmosferze akreującej gwiazdy neutronowej, przy jasnościach bliskich jasności Eddingtona. Zespół obliczył częstości oscylacji "lewitujących" atmosfer, podtrzymywanych na pewnej wysokości nad powierzchnia gwiazdy przez ciśnienie promieniowania pochodzącego z jasnej gwiazdy neutronowej. Kluczowym wynikiem tej pracy jest wykazanie, że te oscylacje zależą jedynie od parametrów opisujących gwiazdę i jasności. Pozwala to na bezpośredni pomiar masy i promienia, o ile znane są maksymalne częstość i jasność. Co więcej, przy użyciu tej metody będzie możliwe bezpośrednie wyznaczenie odległości do gwiazdy neutronowej. To pozwoli na pomiar masy i promienia gwiazdy z dokładnością do ok. 1%.
Ilustracja: Jasność gwiazdy neutronowej i częstość oscylacji atmosferycznych w funkcji masy i promienia gwiazdy. Widoczne jest, że masa i promień mogą być wyznaczone na podstawie pomiarów częstości i jasności.
