Не весь объект состоит из свободных нейтронов: есть атмосфера, кора, сверхтекучие и заряженные компоненты.
Оно коллапсирует, электроны и протоны во множестве превращаются в нейтроны и нейтрино, а внешние слои могут быть выброшены сверхновой. Если остаток не слишком массивен для устойчивости, рождается нейтронная звезда.
В объекте радиусом примерно 10–14 километров заключена масса порядка одной-двух масс Солнца. Ускорение свободного падения огромно, свет заметно теряет энергию при выходе, а быстрое вращение и магнитное поле делают некоторые звёзды пульсарами.
Не просто шар нейтронов
Снаружи лежит тонкая атмосфера, ниже — кристаллическая кора из богатых нейтронами ядер и электронов. Глубже нейтроны могут образовать сверхтекучую жидкость, а протоны — сверхпроводящую компоненту. В центре плотность в несколько раз выше ядерной; появляются ли там гипероны или деконфайненные кварки, пока неизвестно.
Связь давления с плотностью называют уравнением состояния. Оно определяет допустимые массы и радиусы. Измерения пульсаров около двух солнечных масс исключают слишком «мягкие» варианты, а рентгеновские профили и приливная деформация при слиянии дают независимые ограничения.
Событие GW170817 зарегистрировали и в гравитационных волнах, и в электромагнитном свете. Килоновая показала образование тяжёлых элементов быстрым захватом нейтронов. Но доля золота и других элементов, возникающая именно в слияниях, сравнивается с вкладом редких сверхновых.
Плотность меняет поведение вещества
После коллапса электроны и протоны объединяются в нейтроны, но внутренность не состоит из неподвижных шариков одного вида. Давление вырожденного вещества и сильное взаимодействие поддерживают звезду, а состав меняется с глубиной. Неизвестное уравнение состояния связывают с измерениями массы, радиуса и деформации при слиянии.
Это лаборатория вещества, гравитации и магнитных полей, которую нельзя воспроизвести на Земле целиком. После того как массивная звезда исчерпывает топливо, давление уже не удерживает железное ядро. Типичная нейтронная звезда имеет массу порядка 1–2 солнечных при радиусе около 10–14 км.
Нейтронная звезда мала только по астрономической шкале.