Astronómovia objavili objekt, ktorý sa vzpiera vysvetleniu

Tím astronómov z celého sveta podrobne opisuje svoj fascinujúci objav a ponorí sa do jeho potenciálnej podstaty:

Niekedy astronómovia natrafia na objekty na oblohe, ktoré nevieme ľahko vysvetliť. V našom novom výskume publikovanom v Science informujeme o takomto objave, ktorý pravdepodobne vyvolá diskusiu a špekulácie.

Neutrónové hviezdy sú niektoré z najhustejších objektov vo vesmíre. Sú kompaktné ako atómové jadro, no zároveň veľké ako mesto, posúvajú hranice nášho chápania extrémnej hmoty. Čím je neutrónová hviezda ťažšia, tým je pravdepodobnejšie, že sa nakoniec zrúti a stane sa niečím ešte hustejším: čiernou dierou.

Tieto astrofyzikálne objekty sú také husté a ich gravitačné sily také silné, že ich jadrá – nech sú akékoľvek – sú natrvalo zahalené pred vesmírom horizontmi udalostí: povrchmi dokonalej tmy, z ktorých svetlo nemôže uniknúť.

Ak máme niekedy pochopiť fyziku v bode zlomu medzi neutrónovými hviezdami a čiernymi dierami, musíme nájsť objekty na tejto hranici. Najmä musíme nájsť objekty, pre ktoré môžeme robiť presné merania počas dlhých časových období. A presne to sme našli – objekt, ktorý zjavne nie je ani neutrónová hviezda, ani čierna diera.

Pri pohľade hlboko do hviezdokopy NGC 1851 sme zbadali niečo, čo vyzerá ako dvojica hviezd, ktoré ponúkajú nový pohľad na extrémy hmoty vo vesmíre.

Systém sa skladá z milisekundového pulzaru, typu rýchlo rotujúcej neutrónovej hviezdy, ktorá pri rotácii prenáša lúče rádiového svetla cez vesmír, a masívneho skrytého objektu neznámej povahy.

Masívny objekt je tmavý, čo znamená, že je neviditeľný pri všetkých frekvenciách svetla – od rádia až po optické, röntgenové a gama žiarenie. Za iných okolností by to znemožnilo štúdium, ale práve tu nám prichádza na pomoc milisekundový pulzar.

Milisekundové pulzary sú podobné kozmickým atómovým hodinám. Ich rotácie sú neuveriteľne stabilné a dajú sa presne merať detekciou pravidelného rádiového impulzu, ktorý vytvárajú. Hoci je vnútorne stabilný, pozorovaný spin sa mení, keď je pulzar v pohybe alebo keď je jeho signál ovplyvnený silným gravitačným poľom. Pozorovaním týchto zmien môžeme merať vlastnosti telies na obežných dráhach s pulzarmi.

Náš medzinárodný tím astronómov používa rádioteleskop MeerKAT v Južnej Afrike na vykonávanie takýchto pozorovaní systému označovaného ako NGC 1851E.

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

Naše pozorovania odhalili, že systém NGC 1851E váži takmer štyrikrát viac ako naše Slnko a že temný spoločník bol, podobne ako pulzar, kompaktný objekt – oveľa hustejší ako normálna hviezda.

Najhmotnejšie neutrónové hviezdy vážia približne dve hmotnosti Slnka, takže ak by išlo o systém dvojitých neutrónových hviezd (systémy, ktoré sú dobre známe a študované), potom by musel obsahovať dve z najťažších neutrónových hviezd, aké sa kedy našli.

Aby sme odhalili povahu spoločníka, museli by sme pochopiť, ako bola hmota v systéme rozdelená medzi hviezdy. Opäť pomocou Einsteinovej všeobecnej teórie relativity by sme mohli podrobne modelovať systém, pričom sme zistili, že hmotnosť spoločníka leží 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 okolo 2,2 Slnka, a najľahšími čiernymi dierami, ktoré môžu vzniknúť kolapsom hviezd, okolo 5 hmotností Slnka. Povaha a formovanie objektov v tejto medzere je vynikajúcou otázkou v astrofyzike.

Možní kandidáti

Čo presne sme teda našli?

Lákavou možnosťou je, že sme odkryli pulzar na obežnej dráhe okolo pozostatkov zlúčenia (zrážky) dvoch neutrónových hviezd. Takáto nezvyčajná konfigurácia je možná vďaka hustému zhluku hviezd v NGC 1851.

Na tomto preplnenom hviezdnom tanečnom parkete sa budú hviezdy krútiť jedna okolo druhej a vymieňať si partnerov v nekonečnom valčíku. Ak sa dve neutrónové hviezdy náhodou hodia príliš blízko seba, ich tanec sa skončí kataklizmatickým koncom.

Čierna diera vytvorená ich zrážkou, ktorá môže byť oveľa ľahšia ako tie, ktoré vznikli z kolabujúcich hviezd, sa potom môže voľne túlať po zhluku, kým nenájde ďalší pár tanečníkov vo valčíku a dosť neslušne sa vsunie – vykopne ľahšieho partnera. v procese. Práve tento mechanizmus kolízií a výmen by mohol dať vznik systému, ktorý dnes pozorujeme.

S týmto systémom sme ešte neskončili. Už prebiehajú práce 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, že by mohol existovať nejaký nový, zatiaľ neznámy, astrofyzikálny objekt.

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.

Ewan D. Barr, projektový vedec pre prechodné javy a pulzary v spolupráci so MeerKAT (TRAPUM), Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu; Arunima Dutta, PhD kandidát na výskumnom oddelení Základnej fyziky v rádiovej astronómii, Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu a Benjamin Stappers, profesor astrofyziky, Univerzita v Manchestri

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok.