Открита неутронна звезда в тежка категория - милисекунден пулсар е близо до горната граница на масата за
Милисекундният пулсар е близо до горната граница на масата за изключително плътни звездни реликви
Изненадващо трудно: Астрономите откриха една от най-масивните неутронни звезди, познати до момента. Реликвата на звездите, отдалечена на 4600 светлинни години, е с размер само 30 километра, но тежи 2,14 слънчеви маси, както докладват изследователите в специализираното списание "Астрономия на природата". Тази бързо въртяща се неутронна звезда се приближава до теоретично определената горна граница на масата за такива обекти - и това от своя страна позволява да се направят изводи за естеството на нейната вътрешност.
Неутронните звезди са сред най-плътните обекти във Вселената: В тези останки от масивни звезди, големи само 15 до 30 километра, материята е толкова силно компресирана, че електроните и протоните се сливат, образувайки неутрони. Поради огромната си гравитация, невъртящите се неутронни звезди, според сегашната теория, не могат да станат много по-тежки от 2,16 слънчеви маси - в противен случай те ще се срутят, образувайки черна дупка.
Забавяне на импулса като "скала"
Астрономите, работещи с Благодарния Кромарти от Университета на Вирджиния в Шарлотсвил, сега откриха неутронна звезда, която се движи изключително близо до максималната граница за тези ултра-плътни обекти. Това е милисекунден пулсар - бързо въртяща се неутронна звезда, която излъчва правилни, силни радиоимпулси. PSR J0740 + 6620 се намира на около 4600 светлинни години от Земята и образува двойна система с бяло джудже.
Този партньор е дал възможност на астрономите точно да определят масата на неутронната звезда. Защото, когато приблизително 30-километровият пулсар премине зад бялото джудже, радиоимпулсите му се отклоняват от гравитацията на по-големия му партньор. Това води до забавяне на импулсите с няколко милисекунди. От така нареченото забавяне на Шапиро изследователите успяха да използват радиотелескопа Green Banks, за да определят масата на бялото джудже и след това масата на неутронната звезда.
Най-масивната, точно измерена неутронна звезда
Резултатът: Милисекундният пулсар има маса от 2,14 слънчеви маси. "По този начин J0740 + 6620 е най-вероятно най-масивната, по-точно измерена неутронна звезда до момента", заявяват Кромарти и колегите му. Астрономите наскоро откриха милисекунден пулсар с 2,27 слънчеви маси, но масата му беше изчислена с по-малко точен метод.
Както обясняват астрономите обаче, са известни още два милисекундни пулсара, чиято маса може да бъде определена с подобна точност като тази на J0740 + 66. Те са само малко по-леки от сега измерената неутронна звезда. „Това става ясно, че тези масивни неутронни звезди съставляват значителна част от населението - това може да бъде от съществено значение за нашето разбиране за развитието на милисекундни пулсари в двоичните системи“, каза Кромарти и неговият екип.
Информация за екзотичния интериор
Ключовото е, че ако знаете точно максималната маса на въртяща се неутронна звезда, това дава важна информация за естеството на нейната вътрешност. Защото, за да може да устои на гравитацията в черна дупка, материалът на неутронната звезда трябва да бъде плътен и същевременно изключително стабилен. Засега обаче астрономите могат само да гадаят от какво всъщност се състои вътрешността на тези останки от звезди.
Според често срещаните хипотези вътрешността на неутронните звезди може да се състои от екзотични състояния на материята, подобни на супер твърдо вещество, свръхтечна течност или кондензат на Бозе-Айнщайн. Обсъждат се и екзотични комбинации от частици като тетранейтрони или дори материал, съставен от кварки. Въпреки това, някои от тези „кандидати“ са твърде меки и нестабилни, за да позволят много масивни неутронни звезди при или над границата на масата.
Търсенето продължава
„Дори най-малките увеличения на измерената маса на неутронните звезди изискват преосмисляне на фундаменталната физика, която работи в тях“, заявяват астрономите. Това важи и за текущите резултати. По тази причина тя и много от нейните колеги се опитват да разберат къде всъщност се намира абсолютната максимална граница за неутронна звезда.
„Всяка„ най-масивна “неутронна звезда, която открием, ни помага да разберем по-добре физиката на материята при тези невъобразими плътности“, обяснява съавторът Скот Рансъм от Националната радиоастрономическа обсерватория (NRAO). (Nature Astronomy, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0880-2)
Източник: Обсерватория Green Bank, Университет в Западна Вирджиния