Badacze odkrywają jedną z najmasywniejszych gwiazd neutronowych

Masywny pulsar w układzie podwójnym PSR J2215+5135 rozgrzewa wewnętrzną stronę swojego gwiezdnego towarzysza. Źródło: G. Perez-Diaz/IAC

Dzięki nowatorskiej metodzie, badacze z Grupy Astronomii i Astrofizyki UPC oraz Kanaryjskiego Instytutu Astrofizyki (IAC) odkryli gwiazdę neutronową o masie około 2,3 mas Słońca – jedną z najmasywniejszych gwiazd neutronowych dotąd odkrytych. Wyniki badań opublikowano 23 maja br. w periodyku Astrophysical Journal. Otwierają one nową ścieżkę do badań w wielu dziedzinach astrofizyki i fizyki jądrowej.

Gwiazdy neutronowe to pozostałości po gwiazdach, które osiągnęły ostatnie stadium swojej ewolucji, to pozostałości po śmierci gwiazd o masie 10 do 30 mas Słońca. Pomimo niewielkich rozmiarów (średnia rzędu 20 kilometrów), gwiazdy neutronowe charakteryzują się masą większą od masy Słońca (średnica 1 391 600 km), zatem ich gęstość jest niezwykle wysoka.

Badacze z Universitat Politecnica de Catalunya (UPC) oraz Kanaryjskiego Instytutu Astrofizyki (IAC) wykorzystali innowacyjną metodę do zmierzenia masy jednej z najmasywniejszych dotąd odkrytych gwiazd neutronowych. Odkryta w 2011 roku i skatalogowana pod numerem PSR J2215+5135 gwiazda neutronowa charakteryzuje się masą 2,3 mas Słońca i jest jedną z najmasywniejszych wśród odkrytych jak dotąd ponad 2000 gwiazd neutronowych. Choć w 2011 roku donoszno o odkryciu gwiazdy neutronowej o masie 2,4 mas Słońca, najmasywniejsza jak dotąd gwiazda neutronowa, co do masy której zgadzają się naukowcy została odkryta w 2010 roku, a jej masa wynosiła 2 masy Słońca.

W swoich badaniach badacze wykorzystali dane zebrane za pomocą Gran Telescopio Canarias (GTC), największego optycznego i podczerwonego teleskopu na świecie, William Herschel Telescope (WHT), Isaac Newton Telescope Group (ING) oraz teleskopu IAC-80, w połączeniu z dynamicznymi modelami gwiazd podwójnych. Artykuł opisujący wyniki badań zatytułowany „Peering into the dark side: magnesium lines establish a massive neutron star in PSR J2215+5135” został opublikowany w periodyku Astrophysical Journal.

Wykorzystując pionierksą metodę, baacze zmierzyli prędkość obu stron gwiezdnego towarzysza. Credit: G. Pérez-Díaz/IAC, R. Hynes

 


Czasami są takie dni, że nic się w nauce nie dzieje, a jednak fajnie, aby Puls Kosmosu dawał jakiś znak życia – dlatego w tych wolniejszych chwilach wpadajcie na mniej oficjalny

Puls Kosmosu – Radek OFF


 

W ramach projektu badawczego naukowcy opracowali dokładniejszą metodę od wykorzystywanych dotąd do mierzenia mas gwiazd neutronowych w kompaktowych układach podwójnych. PSR J2215+5135 jest elementem układu podwójnego, w którym dwie gwiazdy krążą wokół wspólnego środka masy: „normalnej” gwieździe (podobnej do Słońca) „towarzyszy” gwiazda neutronowa. W układzie tym gwiazda neutronowa silnie oświetla swojego gwiezdnego towarzysza.

Ta nowa metoda może być stosowana do reszty rosnącej populacji gwiazd neutronowych: w ciągu ostatnich 10 lat, obserwujący w zakresie promieniowania gamma teleskop Fermi-LAT odkrył dziesiątki pulsarów podobnych do PSR J2215+5135. Co do zasady metodę tę można także zastosować do pomiaru mas czarnych dziur i białych karłów (opowiednio: pozostałości po gwiazdach o masie powyżej 30 lub poniżej 10 mas Słońca) odkrytych w podobnych układach podwójnych.

Możliwość określenia maksymalnej masy gwiazdy neutronowej niesie za sobą bardzo ważne konsekwencje dla wielu dziedzin astrofizyki jak i fizyki jądrowej. Interakcje między nukleonami (neutronami i protonami tworzącymi jądro atomu) w warunkach wysokiego ciśnienia są jedną z wielkich zagadek współczesnej fizyki. Gwiazdy neutronowe stanowią naturalne laboratoria do badania najgęstszych i najbardziej egzotycznych stanów materii we wszechświecie.

Wyniki projektu wskazują także, że aby utrzymać masę rzędu 2,3 mas Słońca, odpychanie między cząstkami w jądrze gwiazdy neutronowej muszą być odpowiednio silne – to z kolei wskazuje, że małoprawdopodobne jest istnienie wolnych kwarków lub innych egzotycznych form materii w centrum gwiazdy neutronowej.

Źródło: Universitat Politecnica de Catalunya (UPC)