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.

История

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]. В своей статье Оппенгеймер и Волков оценили этот предел в 0,71 M_☉^[4], эта оценка 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 на 2024 год, 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 M_ʘ^[1][8].

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

Экспериментальные данные

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 M_ʘ^[12]
• Самой маломассивной (из известных) чёрной дырой до 2008 г. считалась GRO J1655-40 с массой 6,3 M_ʘ^[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 M_ʘ^[15]. Ещё одним кандидатом на статус самой маломассивной чёрной дыры является GRO J0422+32, масса которой оценивалась в 3,97±0,95 M_ʘ^[16], затем — в 2,1 M_ʘ, что ставит под сомнение принадлежность этого объекта к чёрным дырам^[10].
• Гравитационное событие GW190814 — было зарегистрировано столкновение чёрной 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. также

• Кварковая звезда
• Планковская звезда
• Предел Чандрасекара