Dodano: 18 wrzesień 2019r.

Gwiazda neutronowa niemal zbyt masywna, by istnieć

Astronomowie odkryli najbardziej masywną jak dotąd gwiazdę neutronową. Ten rekordowy obiekt zbliża się do teoretycznej maksymalnej masy możliwej dla gwiazdy neutronowej, zanim zapadnie się w czarną dziurę.

Gwiazda neutronowa niemal zbyt masywna, by istnieć

 

Szybko wirujący pulsar sklasyfikowany jako J0740+6620 znajduje się około 4600 lat świetlnych od Ziemi. Obiekt ten ma masę 2,17 masy Słońca. Wszystko to upchnięte jest w kulę o średnicy zaledwie 20-30 kilometrów. Wartości te są zbliżone do granicy tego, jak masywny i zwarty może być pojedynczy obiekt bez zapadnięcia się w czarną dziurę.

Gwiazdy neutronowe - skompresowane pozostałości masywnych gwiazd, które dokonały żywota w eksplozji supernowej, są najgęstszymi obiektami, poza czarnymi dziurami, w znanym Wszechświecie. Jedna kostka cukru wykonana z materiału gwiazdy neutronowej ważyłaby 100 milionów ton na Ziemi, czyli mniej więcej tyle samo, co cała ludzka populacja.

 

Choć astronomowie i fizycy badają gwiazdy neutronowe od dziesięcioleci, to obiekty te wciąż skrywają wiele tajemnic. Uczeni nie wiedzą, czy we wnętrzu gwiazdy zmiażdżone neutrony stają się „nadciekłe” i swobodnie płyną? Czy rozpadają się na zupę subatomowych kwarków lub innych egzotycznych cząstek? Jaki jest punkt krytyczny, gdy grawitacja wygrywa z materią i tworzy czarną dziurę?

Zespół astronomów korzystających z Green Bank Telescope zbliżył się nieco do znalezienia odpowiedzi na pytania dotyczących natury gwiazd neutronowych. Badania te zostały opublikowane na łamach „Nature Astronomy”.

Jak przyznała Maura McLaughlin, jedna z autorek badań, to jedno z przypadkowych odkryć, które pojawiło się podczas rutynowych obserwacji w ramach poszukiwania fal grawitacyjnych. Szybko obracający się pulsar J0740+6620 został wykryty około 4600 lat świetlnych od Ziemi. Jest najbardziej masywną gwiazdą neutronową, na jaką kiedykolwiek natrafiono.

- Przy pomocy teleskopu Green Bank próbujemy wykryć fale grawitacyjne pochodzące z pulsarów. Aby to zrobić, musimy obserwować wiele milisekundowych pulsarów, które są szybko wirującymi gwiazdami neutronowymi – powiedziała McLaughlin.

Ostatnie badania fal grawitacyjnych zaobserwowanych podczas zderzenia gwiazd neutronowych sugerują, że 2,17 mas Słońca może znajdować się bardzo blisko granicy zapadania się obiektu w czarną dziurę.

- Gwiazdy neutronowe są tak samo tajemnicze, jak fascynujące - powiedział Thankful Cromartie, główny autor badań. - Te obiekty wielkości miasta to w istocie gigantyczne jądra atomowe. Są tak masywne, że ich wnętrza nabierają dziwnych właściwości. Znalezienie maksymalnej masy, na jaką pozwala fizyka i natura, może nas wiele nauczyć o tej niedostępnej w innych dziedzinach sfery astrofizyki – dodał.

Pulsary zawdzięczają swoją nazwę podwójnym wiązkom fal radiowych, które emitują ze swoich biegunów magnetycznych. Wiązki te przemierzają przestrzeń w sposób przypominający latarnię morską. Niektóre obracają się setki razy na sekundę. Ponieważ pulsary wirują z tak szaleńczą prędkością i regularnością, astronomowie mogą je wykorzystywać jako kosmiczny odpowiednik zegarów atomowych. Tak precyzyjne mierzenie czasu pomaga uczonym badać naturę czasoprzestrzeni i mierzyć masy obiektów gwiezdnych.

Masę pulsara zmierzono za pomocą zjawiska znanego jako opóźnienie Shapiro. Masywnej gwieździe neutronowej towarzyszy biały karzeł. Jego grawitacja wypacza otaczającą ją przestrzeń. Gdy tykający pulsar mija swojego towarzysza, występuje subtelne opóźnienie czasu nadejścia sygnału, rzędu 10 milionowych sekundy, gdy ten przemieszcza się przez zniekształconą czasoprzestrzeń wokół białego karła. To opóźnienie może posłużyć do wyliczenia masy białego karła, co z kolei zapewnia pomiar masy gwiazdy neutronowej.

- Orientacja tego podwójnego układu gwiazd stworzyła fantastyczne kosmiczne laboratorium - powiedział Scott Ransom, współautor publikacji. - Gwiazdy neutronowe mają punkt krytyczny, w którym ich gęstości wewnętrzne stają się tak ekstremalne, że siła grawitacji przytłacza nawet zdolność neutronów do przeciwdziałania dalszemu zapadaniu się. Każda masywna gwiazda neutronowa, którą znajdujemy, przybliża nas do zidentyfikowania tego punktu krytycznego i pomaga nam zrozumieć fizykę materii przy tych oszałamiających gęstościach – zaznaczył Ransom.

 

Źródło: Green Bank Observatory, fot. B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)