Co to jest? Naukowcy odkrywają zagadkowy kompaktowy obiekt kosmiczny

To jedno z najbardziej intrygujących odkryć ostatnich lat. Astronomowie poinformowali właśnie o odkryciu w Drodze Mlecznej nietypowego obiektu kompaktowego. Niezależnie od tego, czym on jest, w swojej kategorii będzie niezwykle ciekawy. Mamy bowiem do czynienia albo z najmasywniejszą gwiazdą neutronową w historii, albo najlżejszą czarną dziurą w historii. Zrozumienie tego obiektu pozwoli naukowcom w końcu zrozumieć, co czai się w tym pustym dotychczas przedziale mas obiektów tego typu.

Ustalenie natury nowo odkrytego obiektu pozwoli lepiej zarysować swoistą linię podziału na skali mas między gwiazdami neutronowymi a czarnymi dziurami pochodzenia gwiazdowego. To dla badaczy wprost idealna sytuacja, bowiem niezależnie od tego, czym ten obiekt się okaże, będzie niezwykle interesujący. Jeżeli okaże się, że jest to czarna dziura, to zważając na to, że obiekt ten znajduje się w układzie podwójnym z pulsarem, będzie stanowił doskonałe laboratorium do testowania teorii grawitacji. Jeżeli natomiast okaże się, że to jednak masywna gwiazda neutronowa, to będziemy mieli okazję testować fizykę jądrową w warunkach ekstremalnie dużych gęstości.

Nietypowy obiekt został odkryty za pomocą radioteleskopu MeerKAT, który składa się z 64 anten znajdujących się na Przylądku Północnym w Republice Południowej Afryki. Gęsty obiekt kompaktowy stanowi element układu podwójnego, w którym znajduje się także szybko wirująca gwiazda neutronowa, tzw. pulsar milisekundowy. Cały układ znajduje się około 40 000 lat świetlnych od Ziemi w jednej z gromad kulistych Drogi Mlecznej.

Chociaż układ z dwiema gwiazdami neutronowymi byłby fascynujący, jeśli tajemniczym obiektem byłaby czarna dziura, oznaczałoby to, że byłby to niezwykle pożądany układ podwójny składający się z pulsara radiowego i czarnej dziury. Dzięki wysoce okresowym impulsom pulsara, które można wykorzystać jako mechanizm pomiaru czasu, oraz intensywnemu wpływowi grawitacyjnemu czarnej dziury, taki układ może mieć ogromne znaczenie dla testowania granic ogólnej teorii grawitacji.

Pulsar, znany jako PSR J0514-4002E, został dostrzeżony dzięki słabym impulsom fal radiowych, które wysyła w naszą stronę przy każdym okrążeniu wokół własnej osi.

Ponieważ owa gwiazda neutronowa obraca się z prędkością 170 razy na sekundę niczym kosmiczna latarnia morska, niewielkie zmiany w bardzo regularnych impulsach pozwoliły naukowcom ustalić, że na orbicie PSR J0514-4002E znajduje się także niezwykle gęsty obiekt będący pozostałością po masywnej gwieździe, która uległa kolapsowi.

Zespół naukowców odkrył, że pulsar i tajemniczy obiekt dzieli odległość 8 milionów kilometrów, czyli około 5 proc. odległości między Ziemią a Słońcem. Oba obiekty okrążają się wzajemnie w ciągu siedmiu (ziemskich) dni.

Orbitujący obiekt ma masę większą niż jakakolwiek znana gwiazda neutronowa, ale mniejszą niż jakakolwiek znana czarna dziura, co powoduje, że ląduje dokładnie w zagadkowej luce masowej.

Zarówno gwiazdy neutronowe, jak i czarne dziury powstają, gdy masywne gwiazdy wyczerpują paliwo do syntezy jądrowej i nie mogą już dłużej opierać się własnej grawitacji. Jądro gwiazdy zapada się, podczas gdy zewnętrzne warstwy tej umierającej gwiazdy zostają wystrzelone w przestrzeń kosmiczną w potężnej eksplozji supernowej.

Na dolnym końcu skali mas zapadnięcie się jądra gwiazdowego zostaje zatrzymane przez właściwości kwantowe morza neutronów, z którego się obecnie składa, i staje się gwiazdą neutronową, pozostałością po gwieździe, która teraz ma masę 1-2 mas Słońca oraz średnicę rzędu 20 kilometrów.

Jednakże powyżej pewnej masy ciśnienie kwantowe oddzielające neutrony zostaje pokonane, a jądro ulega całkowitemu kolapsowi i staje się czarną dziurą. Gwiazda neutronowa może również przekroczyć ten limit i zapaść się w czarną dziurę, jeśli ma gwiazdę towarzyszącą, która może ukraść część materii, aby zwiększyć własną masę.

Astronomowie uważają, że jeśli jądro gwiazdy po utracie zewnętrznych warstw i zdecydowanej większości masy nadal ma masę ponad 2,2 masy Słońca, jest wystarczająco ciężkie, aby zamienić się w czarną dziurę.

Problem w tym, że najlżejsze czarne dziury, jakie widzieliśmy, wciąż mają masę około 5 razy większą od Słońca. Brak czarnych dziur o masach od 5 do 2,2 mas Słońca stał się znany jako „luka masowa czarnych dziur” i poddaje w wątpliwość granicę masy gwiazd neutronowych wynoszącą 2,2 masy Słońca.

W najnowszym artykule naukowym badacze opisali obiekt, który może być kluczem do rozwiązania tej zagadki i zamknięcia luki masowej. Do odkrycia doszło w trakcie badania gromady kulistej NGC 1851 za pomocą sieci MeerKat.

Gwiazdy w tej bardzo starej gromadzie gwiazd są ściślej powiązane ze sobą grawitacyjnie niż gwiazdy w pozostałej części Drogi Mlecznej. Gwiazdy w NGC 1851 są tak blisko siebie, że oddziałują ze sobą, zaburzając swoje orbity, a w skrajnych przypadkach nawet zderzając się ze sobą. Naukowcy uważają, że takie zderzenie dwóch gwiazd neutronowych mogło stworzyć tajemniczy obiekt, który wykryli na orbicie pulsara PSR J0514-4002E.

Jak na razie naukowcy nie są w stanie jeszcze rozstrzygnąć natury towarzysza pulsara PSR J0514-4002E. Pewne jest jednak to, że jest to doskonały obiekt do badania zachowania materii w ekstremalnych, niebadanych jeszcze warunkach, a prędzej czy później pozwoli rozwiązać zagadkę luki masowej.



Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Puls Kosmosu od 2015 roku informuje o aktualnościach ze świata astronomii, kosmologii i eksploracji przestrzeni kosmicznej. Krótko, rzeczowo i bez sensacji.

Autor: Radek Kosarzycki

ARCHIWUM

KONTAKT

pulskosmosu[at]gmail.com