Najlżejsza czarna dziura czy najcięższa gwiazda neutronowa?
Międzynarodowy zespół astronomów odkrył nowy obiekt w Drodze Mlecznej, który jest cięższy niż najcięższe znane gwiazdy neutronowe, a jednocześnie lżejszy niż najlżejsze znane czarne dziury.
Wizja artystyczna układu przy założeniu, że masywny obiekt towarzyszący jest czarną dziurą. Najjaśniejszą gwiazdą tła jest jej towarzysz na orbicie, pulsar radiowy PSR J0514-4002E. Źródło: Daniëlle Futselaar (artsource.nl)
Korzystając z radioteleskopu MeerKAT, astronomowie znaleźli obiekt na orbicie wokół szybko wirującego pulsara milisekundowego. Pulsar ten znajdujące się około 40 000 lat świetlnych od nas, w gęstej grupie gwiazd znanej jako gromada kulista.
Korzystając z pulsara milisekundowego, wykazali, że masywny obiekt znajduje się w tak zwanej luce masowej czarnych dziur.
Może to być pierwsze odkrycie bardzo pożądanego pulsara radiowego – podwójnej czarnej dziury; gwiezdnej pary, która może pozwolić na nowe testy ogólnej teorii względności Einsteina i otworzyć drzwi do badania czarnych dziur.
Wyniki zostały opublikowane 26 stycznia 2024 roku w czasopiśmie Science.
Każda z tych możliwości jest ekscytująca. Układ pulsar-czarna dziura będzie ważnym celem do testowania teorii grawitacji, a ciężka gwiazda neutronowa zapewnia nowy wgląd w fizykę jądrową przy bardzo dużych gęstościach – powiedział kierownik projektu Ben Stappers, profesor astrofizyki na Uniwersytecie w Manchesterze.
Kiedy gwiazdy neutronowe – ultra gęste pozostałości po martwej gwieździe – nabierają zbyt dużej masy, zwykle w wyniku pochłonięcia lub zderzenia z inną gwiazdą, zapadają się. To, czym stają się po zapadnięciu, jest powodem wielu spekulacji, ale uważa się, że mogą stać się czarnymi dziurami – obiektami z tak silną grawitacją, że nawet światło nie może z nich uciec.
Astronomowie uważają, że całkowita masa wymagana do zapadnięcia się gwiazdy neutronowej jest 2,2 razy większa od masy Słońca. Teoria, poparta obserwacjami, mówi nam, że najlżejsze czarne dziury tworzone przez te gwiazdy są znacznie większe, około pięć razy masywniejsze niż Słońce, co daje początek tak zwanej luce masowej czarnych dziur.
Natura zwartych obiektów w tej luce masowej jest nieznana, a szczegółowe badania do tej pory okazały się wyzwaniem. Odkrycie tego obiektu może pomóc w ostatecznym zrozumieniu tych obiektów.
Prof. Stappers dodał: Zdolność niezwykle czułego teleskopu MeerKAT do ujawniania i badania tych obiektów jest ogromnym krokiem naprzód i daje nam wgląd w to, co będzie możliwe dzięki Square Kilometre Array.
Odkrycia obiektu dokonano podczas obserwacji dużej gromady gwiazd znanej jako NGC 1851, znajdującej się w konstelacji Gołębia, przy użyciu teleskopu MeerKAT.
Gromada kulista NGC 1851 to gęsty zbiór starych gwiazd, które są znacznie ciaśniej upakowane niż gwiazdy w pozostałej części Galaktyki. Gromada jest tak zatłoczona, że gwiazdy mogą na siebie oddziaływać, zaburzając orbity, a w najbardziej ekstremalnych przypadkach zderzać się ze sobą.
Astronomowie należący do międzynarodowej współpracy Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM) uważają, że to właśnie takie zderzenie dwóch gwiazd neutronowych mogło doprowadzić do powstania masywnego obiektu, który obecnie krąży wokół pulsara radiowego.
Zespół był w stanie wykryć słabe impulsy z jednej z gwiazd, identyfikując ją jako pulsar radiowy – rodzaj gwiazdy neutronowej, która wiruje szybko i świeci wiązkami promieniowania radiowego we Wszechświecie jak kosmiczna latarnia morska.
Pulsar obraca się z prędkością ponad 170 razy na sekundę, a każdy obrót generuje rytmiczny impuls przypominający tykanie zegara. Te impulsy tykania są niezwykle regularne. Poprzez obserwację zmieniających się czasów tych impulsów za pomocą techniki zwanej synchronizacją pulsarów, naukowcy byli w stanie dokonać niezwykle precyzyjnych pomiarów jego ruchu orbitalnego.
Regularne pomiary czasu pozwoliły również na bardzo precyzyjne określenie położenia układu, co pokazało, że obiekt na orbicie z pulsarem nie był zwykłą gwiazdą, lecz niezwykle gęstą pozostałością po zapadniętej gwieździe. Obserwacje wykazały również, że towarzysz ma masę, która była jednocześnie większa niż masa jakiejkolwiek znanej gwiazdy neutronowej, a jednocześnie mniejsza niż masa jakiejkolwiek znanej czarnej dziury, umieszczając go dokładnie w tzw. luce masowej czarnych dziur.
Mimo że zespół nie może jednoznacznie stwierdzić, czy odkrył najmasywniejszą znaną gwiazdę neutronową, najlżejszą znaną czarną dziurę, czy nawet nowy egzotyczny wariant gwiazdy, pewne jest, że odkryli unikalne laboratorium do badania właściwości materii w najbardziej ekstremalnych warunkach we Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
