Neutronová hvězda „Black Widow“ pohltila svého společníka a stala se nejtěžší dosud nalezenou věcí

Astronomové identifikovali dosud nejtěžší neutronovou hvězdu o hmotnosti 2,35 hmotnosti Slunce. poslední papír Publikováno v Astrophysical Journal Letters. Jak ses dostal tak velký? S největší pravděpodobností tím, že pohltí doprovodnou hvězdu – nebeský ekvivalent pavouka černé vdovy, který pohltí svého společníka. Práce pomáhá stanovit horní hranici toho, jak velké neutronové hvězdy mohou být, s důsledky pro naše pochopení kvantového stavu hmoty v jejich jádrech.

Neutronové hvězdy jsou pozůstatky supernov. Jako vědecký redaktor Ars John Timmer napsal minulý měsíc:

Hmota, která tvoří neutronové hvězdy, začíná jako ionizované atomy poblíž jádra hmotné hvězdy. Jakmile fúzní reakce hvězdy přestanou produkovat dostatek energie k potlačení gravitační síly, tento materiál se smrští a zažije rostoucí tlak. Drtivá síla stačí k odstranění hranic mezi atomovými jádry, čímž vznikne obří polévka protonů a neutronů. Nakonec jsou i elektrony v této oblasti nuceny vytvořit mnoho protonů a přeměnit je na neutrony.

To nakonec poskytuje sílu ke stlačení drtící síly gravitace. Kvantová mechanika zabraňuje neutronům, aby obsadily stejný energetický stav v těsné blízkosti, a to zabraňuje tomu, aby se neutrony dostaly příliš blízko, a tím zabraňuje zhroucení do černé díry. Je však možné, že mezi bublinou neutronů a černou dírou existuje přechodný stav, kdy se hranice mezi neutrony začnou hroutit, což má za následek podivné shluky jejich kvarků.

Protože neexistují žádné černé díry, jsou jádra neutronových hvězd nejhustšími známými objekty ve vesmíru, a protože jsou skryta za horizontem událostí, je obtížné je studovat. „Přibližně víme, jak se hmota chová při jaderných hustotách, jako je tomu v jádře atomu uranu,“ řekl Alex Filippenko, astronom z Kalifornské univerzity v Berkeley a spoluautor nového výzkumu. „Neutronová hvězda je jako jedno obří jádro, ale když máte 1,5 hmotnosti Slunce této hmoty, zhruba 500 000 hmot Země na sobě lnoucích jader, není vůbec jasné, jak se bude chovat.“

Neutronová hvězda uvedená v tomto nejnovějším výzkumu je pulsar, PSR J0952-0607 — nebo zkráceně J0952 — nacházející se v souhvězdí Sextanů ve vzdálenosti 3200 až 5700 světelných let od Země. Neutronové hvězdy se rodí jako rotující a rotující magnetické pole vysílá paprsky světla ve formě rádiových vln, rentgenových paprsků nebo gama paprsků. Astronomové mohou detekovat pulsary, když jejich paprsky procházejí Zemí. J0952 byl Objeveno v roce 2017 Díky nízkofrekvenčnímu radioteleskopu (LOFAR) jsou následná data o záhadných zdrojích gama záření shromážděná vesmírným teleskopem Fermiho gama záření NASA.

Pulsar se otáčí rychlostí asi jedna otáčka za sekundu nebo 60 za minutu. Ale J0952 se otáčí ohromnými 42 000 otáčkami za minutu, což z něj dělá druhý nejrychlejší dosud známý pulsar. Aktuálně preferovaná hypotéza je, že tyto typy pulsarů byly kdysi součástí binárních systémů a postupně odlupovaly své doprovodné hvězdy, dokud se tyto nevypařily. Proto jsou takové hvězdy známé jako pulsary Black Widow – jaké Volá Filippenko Stav kosmické nevděčnosti:

Evoluční cesta je docela pozoruhodná. Dvojitý vykřičník. Jak se doprovodná hvězda vyvíjí a začíná se přeměňovat v červeného obra, materiál prosakuje do neutronové hvězdy a ta obíhá kolem neutronové hvězdy. Tím, že se roztočí, je nyní neuvěřitelně energická a z neutronové hvězdy začne vyfukovat vítr částic. Pak tento vítr zasáhne dárcovskou hvězdu a začne svlékat hmotu a časem se hmotnost dárcovské hvězdy zmenší na hmotnost planety, a pokud uplyne více času, úplně zmizí. Takže takto mohou vznikat milisekundové pulsary. Zpočátku nebyli sami – museli být ve dvojici – ale postupně se od svých kamarádů vypařili a nyní jsou stranou.

Tento proces vysvětluje, jak se J0952 stal tak těžkým. Takové systémy jsou přínosem pro vědce, jako je Filippenko a jeho kolegové, kteří chtějí přesně vážit neutronové hvězdy. Trik spočívá v nalezení binárních systémů neutronových hvězd, ve kterých je doprovodná hvězda malá, ale ne příliš malá na to, aby ji bylo možné detekovat. Z desítek pulsarů Black Widow, které tým v průběhu let studoval, pouze šest splňovalo tato kritéria.

Společná hvězda J0952 je 20krát větší než hmotnost Jupitera a je orbitálně uzavřena na oběžné dráze s pulsarem. Strana přivrácená k J0952 je proto velmi horká, s teplotami dosahujícími 6 200 K (10 700 stupňů Fahrenheita), díky čemuž je dostatečně jasná, aby ji bylo možné pozorovat velkým dalekohledem.

Filpenko a kol. Poslední čtyři roky strávil šest pozorování J0952 pomocí 10metrového Keck Telescope na Havaji, aby zachytil doprovodnou hvězdu v konkrétních bodech na její 6,4hodinové oběžné dráze kolem pulsaru. Výsledná spektra pak porovnali se spektry hvězd podobných Slunci, aby určili orbitální rychlost. To jim zase umožnilo vypočítat hmotnost pulsaru.

Nalezení více těchto systémů pomůže více omezit horní hranici toho, jak velkými se mohou neutronové hvězdy stát, než se zhroutí do černých děr, a také rozšířit konkurenční teorie o povaze kvarkové polévky v jejich jádrech. „Můžeme pokračovat v hledání černých vdov a podobných neutronových hvězd bruslících poblíž okraje černé díry,“ řekl Filipenko. „Pokud ale žádné nenajdeme, přidá se to k argumentu, že 2,3 hmotnosti Slunce je skutečný limit, po kterém se z nich stanou černé díry.“

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.3847 / 2041-8213 / ac8007 (O DOI).