Astrofyzika v kríze? Objav záhadného predmetu, ktorý môže všetko zmeniť

Astronómovia objavili nebeský objekt, ktorý sa vymyká klasifikácii, a potenciálne tak odhalili nový typ kozmickej entity na hranici známej fyziky.

Niekedy astronómovia vidia na oblohe objekty, ktoré nevieme ľahko vysvetliť. V našom novom výskume publikovaný In VedaHlásime objav, ktorý pravdepodobne vyvolá diskusiu a špekulácie.

Neutrónové hviezdy sú niektoré z najhustejších objektov vo vesmíre. Husté ako atómové jadro, no veľké ako mesto posúvajú hranice nášho chápania extrémnej hmoty. Čím hmotnejšia je neutrónová hviezda, tým je pravdepodobnejšie, že sa nakoniec zrúti do ešte hustejšieho objektu: čiernej diery.

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

Hranice chápania: neutrónové hviezdy a čierne diery

Tieto nebeské telesá sú také husté a ich gravitačná sila taká silná, že ich jadrá – nech sú akékoľvek – sú natrvalo zahalené pred vesmírom horizontmi udalostí: povrchmi úplnej tmy, z ktorých svetlo nemôže uniknúť.

Ak chceme pochopiť fyziku v extrémnom bode medzi neutrónovými hviezdami a čiernymi dierami, musíme nájsť objekty na tejto hranici. Musíme nájsť najmä objekty, pre ktoré môžeme robiť presné merania počas dlhých časových úsekov. A presne to sme našli – objekt, ktorý jednoznačne nie je ani jeden neutrónová hviezda ani a čierna diera,

Snímka guľovej hviezdokopy NGC 1851 z Hubbleovho vesmírneho teleskopu, Poďakovanie: NASA, ESA a G.I. Piotto (Universita degli Studi di Padova); Spracovanie: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

Kozmický tanec v NGC 1851

Bolo to pri pohľade hlbšie do hviezdokopy NGC 1851 Videli sme, ako dvojica hviezd ponúka nový pohľad na vrchol hmoty vo vesmíre. Systém je tvorený jednou milisekúndou PulsarTyp rýchlo rotujúcej neutrónovej hviezdy, ktorá pri rotácii vyžaruje lúče rádiového svetla cez vesmír a je to masívny skrytý objekt neznámej povahy.

Masívny objekt je tmavý, čo znamená, že je neviditeľný pri všetkých frekvenciách svetla – od rádiových po optické, röntgenové a gama-lúče. Za iných okolností by to znemožnilo štúdium, no práve tu nám prichádzajú na pomoc milisekundové pulzary.

Milisekundové pulzary sú podobné kozmickým atómovým hodinám. Ich rotácie sú neuveriteľne stabilné a dajú sa presne merať detekciou pravidelných rádiových impulzov, ktoré 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 objektov na obežnej dráhe s pulzarom.

Tím použil citlivý rádioteleskop MeerKAT umiestnený v polopúšti Karoo v Južnej Afrike. Kredit: Sarao

Odhalenie záhady so surikatou

Náš medzinárodný tím astronómov používa Rádioteleskop Surikata v Južnej Afrike na uskutočnenie takýchto pozorovaní systému s názvom NGC 1851E.

To nám umožnilo poskytnúť presné popisy obežných dráh týchto dvoch objektov, čo ukazuje, že ich bod najbližšieho priblíženia sa časom mení. Takéto zmeny boli opísané Einsteinova teória relativity A rýchlosť zmeny nám hovorí o kombinovanej hmotnosti telies v systéme.

Naše pozorovania odhalili, že systém NGC 1851E váži asi štyrikrát viac ako naše Slnko a že tento tmavý spoločník, podobne ako pulzar, bol kompaktný objekt – oveľa hustejší ako typická hviezda. Najhmotnejšia neutrónová hviezda váži približne dve hmotnosti Slnka, takže ak by išlo o systém dvojitej neutrónovej hviezdy (systémy, ktoré sú dobre známe a študované), mala by obsahovať dve najhmotnejšie neutrónové hviezdy, aké sa kedy našli.

Aby sme odhalili povahu spoločníka, museli by sme pochopiť, ako bola hmota rozdelená medzi hviezdy v systéme. Opäť pomocou Einsteinovej všeobecnej teórie relativity môžeme podrobne modelovať systém, čo dáva spoločníkovi hmotnosť medzi 2,09 a 2,71-násobkom hmotnosti Slnka.

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

potenciálnych kandidátov

Čo sme teda naozaj našli?

Možná história vzniku rádiového pulzaru NGC 1851E a jeho exotickej sprievodnej hviezdy. Poďakovanie: Thomas Torris (Aalborg University/MPIFR)

Jednou z atraktívnych možností 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.

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

Čierna diera vytvorená ich zrážkou, ktorá môže byť oveľa ľahšia ako čierna diera, ktorú vytvorili kolabujúce hviezdy, sa môže voľne túlať po zhluku, až kým nenájde ďalší pár tanečníkov, do ktorých sa dá zatancovať, a dosť neslušne sa vsunie – hodí ľahší partner mimo akcie. Práve tento mechanizmus kolízie a výmeny by mohol dať vznik systému, ktorý vidíme dnes.

lov prebieha

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

Vždy existuje možnosť, že na hranici medzi neutrónovými hviezdami a čiernymi dierami môže existovať nejaký nový, zatiaľ neznámy, nebeský objekt.

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

napísané:

• Ivan D. Barr – projektový vedec pre prechodné javy a pulzary so spoluprácou MeerKAT (TRAPAM), Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu
• Arunima Dutta – doktorand na oddelení základného fyzikálneho výskumu v rádioastronómii, Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu
• Benjamin Stampers – profesor astrofyziky na univerzite v Manchestri

Upravené podľa pôvodne publikovaného článku Konverzácia,