Astronómovia objavili nebeský objekt, ktorý sa vymyká klasifikácii, a možno odhaľuje nový typ kozmickej entity na hranici známej fyziky.

Niekedy sa astronómovia stretávajú s objektmi na oblohe, ktoré nevieme ľahko vysvetliť. V našom novom výskume publikovaný v vedyhlásime takýto objav, ktorý pravdepodobne vyvolá diskusiu a špekulácie.

Neutrónové hviezdy sú niektoré z najhustejších objektov vo vesmíre. Kompaktný ako jadro atómu, ale veľký ako mesto, presahuje hranice nášho chápania konečnej hmoty. Čím je neutrónová hviezda ťažšia, tým je pravdepodobnejšie, že sa nakoniec zrúti do niečoho hustejšieho: do čiernej diery.

Umelecké stvárnenie systému za predpokladu, že masívna spoločná hviezda je čierna diera. Najjasnejšou hviezdou v pozadí je jej obiehajúci spoločník, rádiový pulzar PSR J0514-4002E. Obe hviezdy sú od seba vzdialené 8 miliónov kilometrov a obiehajú okolo seba každých 7 dní. Poďakovanie: Daniel Futselaar (artsource.nl)

Hrana pochopenia: neutrónové hviezdy a čierne diery

Tieto astrofyzikálne objekty sú také husté a ich gravitácia taká silná, že ich jadrá – nech sú akékoľvek – sú natrvalo zakryté pred vesmírom horizontmi udalostí: povrchmi úplnej tmy, z ktorých nemôže uniknúť žiadne svetlo.

Ak chceme pochopiť fyziku v bode zlomu medzi neutrónovými hviezdami a čiernymi dierami, musíme nájsť objekty na týchto hraniciach. Najmä musíme nájsť objekty, pre ktoré môžeme robiť presné merania počas dlhých časových období. A presne to sme našli – objekt, ktorý nie je jednoznačne A Neutrónová hviezda Ani a Čierna diera.

Snímka guľovej hviezdokopy NGC 1851 z Hubbleovho vesmírneho teleskopu. Zdroj obrázkov: NASA, ESA a G. Piotto (Università degli Studi di Padova); Procesor: Gladys Cooper (NASA/The Catholic University of America)

Kozmický tanec v NGC 1851

Bolo to pri pohľade hlboko do hviezdokopy NGC 1851 To, že sme objavili niečo, čo vyzerá ako pár hviezd, poskytuje nový pohľad na extrémne hranice hmoty vo vesmíre. Systém sa skladá z jednej milisekúnd PulsarJe to typ rýchlo rotujúcej neutrónovej hviezdy, ktorá pri rotácii rozptyľuje lúče rádiového svetla cez vesmír a je to masívny skrytý objekt neznámej povahy.

Masívny objekt je tmavý, čo znamená, že je neviditeľný na všetkých frekvenciách svetla – od rádia po pásy svetla, röntgenové a gama lúče. Za iných okolností by to znemožnilo štúdium, no práve tu nám prichádza na pomoc milisekundový pulzar.

Milisekundové pulzary sú ako kozmické atómové hodiny. Ich rotácie sú neuveriteľne stabilné a dajú sa presne merať detekciou pravidelného rádiového impulzu, ktorý produkujú. Hoci je vnútorne konštantná, pozorovaná rotácia sa mení, keď je pulzar v pohybe alebo keď je jeho signál ovplyvnený silným gravitačným poľom. Pozorovaním týchto zmien môžeme merať vlastnosti objektov na dráhach pulzarov.

Tím použil citlivý rádioteleskop MeerKAT, ktorý sa nachádza v polopúštnej oblasti Karoo v Južnej Afrike. Kredit: Sarao

Odhaľte záhadu s MeerKAT

Využili sme náš medzinárodný tím astronómov Rádioteleskop Surikata V Južnej Afrike, aby sa takéto pozorovania systému, označovaný ako NGC 1851E.

To nám umožnilo presne opísať obežné dráhy dvoch objektov, čo ukazuje, že ich bod najbližšieho priblíženia sa časom mení. Tieto zmeny popisuje Einsteinova teória relativity Rýchlosť zmeny nám hovorí o kombinovanej hmotnosti objektov v systéme.

Naše pozorovania odhalili, že systém NGC 1851E váži asi štyrikrát viac ako naše Slnko a že temný spoločník bol, podobne ako pulzar, kompaktný objekt – oveľa hustejší ako bežná hviezda. Najhmotnejšie neutrónové hviezdy vážia približne dvojnásobok hmotnosti Slnka, takže ak ide o dvojitý systém neutrónových hviezd (známe a dobre preštudované systémy), musí obsahovať dve z najťažších neutrónových hviezd, aké boli kedy objavené.

Aby sme odhalili povahu spoločníka, budeme musieť pochopiť, ako je hmota rozložená v medzihviezdnom systéme. Opäť pomocou Einsteinovej všeobecnej teórie relativity môžeme podrobne modelovať systém a nájsť hmotnosť spoločníka medzi 2,09 a 2,71-násobkom hmotnosti Slnka.

Hmotnosť spoločníka spadá do „medzery hmoty čiernej diery“, ktorá leží medzi najťažšími možnými neutrónovými hviezdami, o ktorých sa predpokladá, že majú hmotnosť približne 2,2 hmotnosti Slnka, a najľahšími čiernymi dierami, ktoré môžu vzniknúť kolapsom hviezd a ktoré majú hmotnosť približne 5 hmotností Slnka. Povaha a zloženie objektov v tejto medzere je vynikajúcou otázkou v astrofyzike.

Potenciálni kandidáti

Čo konkrétne sme teda našli?

Možná história vzniku rádiového pulzaru NGC 1851E a jeho podivnej sprievodnej hviezdy. Poďakovanie: Thomas Torres (Aalborg University/MPIfR)

Atraktívnou možnosťou je, že sme objavili pulzar obiehajúci okolo pozostatkov splynutia (zrážky) dvoch neutrónových hviezd. Túto nezvyčajnú konfiguráciu umožnilo husté zhlukovanie hviezd v NGC 1851.

Na tomto preplnenom tanečnom parkete budú hviezdy krúžiť okolo seba a vymieňať si partnerov v nekonečnom valčíku. Ak by boli dve neutrónové hviezdy hodené príliš blízko seba, ich tanec by skončil katastrofálne.

Čierna diera vytvorená ich zrážkou, ktorá môže byť oveľa ľahšia ako tie, ktoré vytvorili kolabujúce hviezdy, môže voľne blúdiť cez hviezdokopa, kým nenájde ďalší pár valčíkových tanečníkov, a nehanebne sa vsunie do seba – odoženie ľahšieho partnera. V liečbe. Práve tento mechanizmus kolízií a výmen by mohol viesť k systému, ktorý dnes pozorujeme.

Pokračujte v úsilí

S týmto systémom sme ešte neskončili. Už sa pracuje na definitívnej identifikácii skutočnej povahy spoločníka a odhalení, či sme objavili najľahšiu čiernu dieru alebo najhmotnejšiu neutrónovú hviezdu – alebo možno ani jedno.

Na hranici medzi neutrónovými hviezdami a čiernymi dierami vždy existuje možnosť nových, zatiaľ neznámych, astrofyzikálnych objektov.

Po tomto objave bude určite nasledovať veľa špekulácií, ale už teraz je jasné, že tento systém má obrovský prísľub, pokiaľ ide o pochopenie toho, čo sa skutočne deje s hmotou v najextrémnejších prostrediach vo vesmíre.

napísané:

• Ewan D. Barr – Vedec projektu pre prechodné hviezdy a pulzary v spolupráci s MeerKAT (TRAPUM), Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu
• Arunima Dutta – doktorand na oddelení výskumu základnej fyziky v rádioastronómii, Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu
• Benjamin Stubbers – profesor astrofyziky, University of Manchester

Upravené z článku pôvodne publikovaného v Konverzácia.