Bola objavená neutrónová hviezda s vysokou hmotnosťou - milisekundový pulzar je blízko hornej hranice hmotnosti pre
Milisekundový pulzar je blízko horného hmotnostného limitu pre mimoriadne husté relikty hviezd
Prekvapivo ťažké: Astronómovia objavili jednu z najhmotnejších neutrónových hviezd, aké sú doteraz známe. Pozostatok hviezd vzdialených 4 600 svetelných rokov je veľký iba 30 kilometrov, ale váži 2,14 slnečnej hmoty, ako uvádzajú vedci v časopise „Nature Astronomy“. Táto rýchlo rotujúca neutrónová hviezda sa pohybuje blízko teoreticky určenej hornej hranice hmotnosti pre tieto objekty - a to zase umožňuje robiť závery o povahe jej vnútra.
Neutrónové hviezdy patria medzi najhustejšie objekty vo vesmíre: V týchto zvyškoch hmotných hviezd, veľkých iba 15 až 30 kilometrov, je hmota tak stlačená, že elektróny a protóny fúzujú a vytvárajú neutróny. Vďaka svojej obrovskej gravitácii nemôžu nerotujúce neutrónové hviezdy podľa súčasnej teórie byť oveľa ťažšie ako 2,16 slnečnej hmoty - inak sa zrútia a vytvoria čiernu dieru.
Oneskorenie impulzu ako „váhy“
Astronómovia spolupracujúci s Vďačným Cromartiem z Virgínskej univerzity v Charlottesville teraz objavili neutrónovú hviezdu, ktorá sa pohybuje extrémne blízko maximálnej hranice pre tieto ultrahusté objekty. Je to milisekundový pulzar - rýchlo rotujúca neutrónová hviezda, ktorá vysiela pravidelné, silné rádiové impulzy. PSR J0740 + 6620 je vzdialený asi 4 600 svetelných rokov od Zeme a tvorí dvojitý systém s bielym trpaslíkom.
Práve tento partner umožnil astronómom určiť presnú hmotnosť neutrónovej hviezdy. Pretože keď pulzar, ktorý má veľkosť asi 30 kilometrov, prechádza za bielym trpaslíkom, jeho rádiové impulzy sú vychýlené gravitáciou svojho väčšieho partnera. To spôsobí, že impulzy sa oneskoria o niekoľko milisekúnd. Z tohto takzvaného Shapirovho oneskorenia mohli vedci pomocou rádioteleskopu Green Banks určiť hmotnosť bieleho trpaslíka a potom hmotnosť neutrónovej hviezdy.
Najhmotnejšia, presne zmeraná neutrónová hviezda
Výsledok: Milisekundový pulzar má hmotnosť 2,14 slnečnej hmotnosti. „J0740 + 6620 je teda s najväčšou pravdepodobnosťou doteraz najhmotnejšou, presnejšie nameranou neutrónovou hviezdou,“ uvádzajú Cromartie a jeho kolegovia. Astronómovia nedávno objavili milisekundový pulzar s 2,27 slnečnej hmotnosti, ale jeho hmotnosť bola odhadnutá pomocou menej presnej metódy.
Ako vysvetľujú astronómovia, sú však známe ďalšie dva milisekundové pulzary, ktorých hmotnosť bolo možné určiť s podobnou presnosťou ako v prípade J0740 + 66. Sú iba o niečo ľahšie ako teraz meraná neutrónová hviezda. „Toto objasňuje, že tieto masívne neutrónové hviezdy tvoria významnú časť populácie - to by mohlo mať zásadný význam pre naše chápanie vývoja milisekundových pulzarov v binárnych systémoch,“ uviedol Cromartie a jeho tím.
Informácie o exotickom interiéri
Kľúčové je, že ak presne viete maximálnu hmotnosť rotujúcej neutrónovej hviezdy, potom získate dôležité informácie o povahe jej vnútra. Pretože aby vydržal kolaps gravitácie do čiernej diery, musí byť materiál neutrónovej hviezdy hustý a súčasne extrémne stabilný. Doteraz však môžu astronómovia iba hádať, z čoho v skutočnosti pozostáva zvyšok tejto hviezdy.
Podľa bežných hypotéz mohlo vnútro neutrónových hviezd pozostávať z exotických stavov hmoty podobných super pevnej látke, supertekutej kvapaline alebo Bose-Einsteinovmu kondenzátu. Diskutované sú aj kombinácie exotických častíc, ako sú tetraneutróny alebo dokonca materiál vyrobený z kvarkov. Niektorí z týchto „kandidátov“ sú však príliš mäkkí a nestabilní na to, aby umožňovali veľmi hmotné neutrónové hviezdy na hranici alebo za hranicou hmotnosti.
Hľadanie pokračuje
"Aj najmenšie prírastky nameranej hmotnosti neutrónových hviezd si vyžadujú prehodnotenie základnej fyziky, ktorá v nich funguje," uvádzajú astronómovia. To platí aj pre súčasné výsledky. Z tohto dôvodu sa spolu s mnohými jej kolegami snaží zistiť, kde v skutočnosti leží absolútna maximálna hranica neutrónovej hviezdy.
„Každá„ najmasovejšia “neutrónová hviezda, ktorú nájdeme, nám pomáha lepšie pochopiť fyziku hmoty pri týchto nepredstaviteľných hustotách,“ vysvetľuje spoluautor Scott Ransom z Národného rádioastronomického observatória (NRAO). (Nature Astronomy, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0880-2)
Zdroj: Observatórium Green Bank, Západná Virgínska univerzita