Neutron stea grea descoperit - pulsar de milisecunde este aproape de limita de masă superioară pentru
Pulsarul de milisecunde este aproape de limita de masă superioară pentru relicvele stelelor extrem de dense
Surprinzător de dificil: astronomii au descoperit una dintre cele mai masive stele de neutroni cunoscute până în prezent. Relicva stelelor, la 4.600 de ani lumină distanță, are o dimensiune de doar 30 de kilometri, dar cântărește 2,14 mase solare, așa cum relatează cercetătorii în revista de specialitate „Nature Astronomy”. Această stea de neutroni cu rotație rapidă se deplasează aproape de limita de masă teoretic determinată pentru astfel de obiecte - și, la rândul său, permite concluziile despre natura interiorului său.
Stelele cu neutroni se numără printre cele mai dense obiecte din univers: în aceste rămășițe de stele masive, cu dimensiuni de doar 15 până la 30 de kilometri, materia este atât de comprimată încât electronii și protonii se fuzionează pentru a forma neutroni. Datorită gravitației lor enorme, stelele neutronice care nu se rotesc nu pot, conform teoriei actuale, să devină mult mai grele decât 2,16 mase solare - altfel se vor prăbuși pentru a forma o gaură neagră.
Întârzierea impulsului ca „cântare”
Astronomii care lucrează cu Thankful Cromartie de la Universitatea din Virginia din Charlottesville au descoperit acum o stea de neutroni care se mișcă extrem de aproape de limita maximă pentru aceste obiecte ultra-dense. Este un pulsar de milisecundă - o stea de neutroni care se rotește rapid, care emite impulsuri radio regulate și puternice. PSR J0740 + 6620 este la aproximativ 4.600 de ani lumină de Pământ și formează un sistem dublu cu o pitică albă.
Acest partener a permis astronomilor să determine cu exactitate masa stelei de neutroni. Deoarece atunci când pulsarul, care are o dimensiune de aproximativ 30 de kilometri, trece în spatele piticii albe, pulsurile sale radio sunt deviate de gravitatea partenerului său mai mare. Acest lucru face ca impulsurile să fie întârziate cu câteva milisecunde. Din această așa-numită întârziere Shapiro, cercetătorii au putut utiliza radiotelescopul Green Banks pentru a determina masa piticii albe și apoi masa stelei de neutroni.
Cea mai masivă stea de neutroni măsurată precis
Rezultatul: pulsarul de milisecundă are o masă de 2,14 mase solare. „J0740 + 6620 este astfel cel mai probabil cea mai masivă stea de neutroni măsurată mai precis până în prezent”, afirmă Cromartie și colegii săi. Astronomii au descoperit recent un pulsar de milisecundă cu 2,27 mase solare, dar masa sa a fost estimată folosind o metodă mai puțin precisă.
După cum explică astronomii, totuși, sunt cunoscuți alți doi pulsari de milisecundă a căror masă ar putea fi determinată cu o precizie similară cu cea a J0740 + 66. Ele sunt doar puțin mai ușoare decât steaua de neutroni măsurată acum. "Acest lucru arată clar că aceste stele masive de neutroni reprezintă o proporție semnificativă a populației - acest lucru ar putea avea o importanță substanțială pentru înțelegerea noastră a dezvoltării pulsarilor de milisecunde în sistemele binare", au spus Cromartie și echipa sa.
Informații despre interiorul exotic
Principalul lucru este că, dacă știți exact masa maximă a unei stele de neutroni în rotație, atunci aceasta oferă informații importante despre natura interiorului său. Deoarece pentru a rezista la prăbușirea gravitației într-o gaură neagră, materialul stelei de neutroni trebuie să fie dens și extrem de stabil în același timp. Până în prezent, totuși, astronomii pot ghici doar din ce constă de fapt interiorul acestor rămășițe.
Conform ipotezelor obișnuite, interiorul stelelor neutronice ar putea consta în stări exotice de materie similare cu un super solid, un lichid superfluid sau un condensat Bose-Einstein. Sunt de asemenea discutate combinații de particule exotice, cum ar fi tetraneutroni sau chiar un material realizat numai din quark. Cu toate acestea, unii dintre acești „candidați” sunt prea moi și instabili pentru a permite stelelor de neutroni foarte masivi la sau peste limita de masă.
Căutarea continuă
„Chiar și cele mai mici creșteri ale masei măsurate a stelelor de neutroni necesită o regândire a fizicii fundamentale care funcționează în interiorul lor”, afirmă astronomii. Acest lucru se aplică și rezultatelor actuale. Din acest motiv, ea și mulți dintre colegii ei încearcă să afle unde se află de fapt limita maximă absolută pentru o stea de neutroni.
„Fiecare„ cea mai masivă ”stea de neutroni pe care o găsim ne ajută să înțelegem mai bine fizica materiei la aceste densități inimaginabile”, explică co-autorul Scott Ransom de la Observatorul Național de Radioastronomie (NRAO). (Nature Astronomy, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0880-2)
Sursa: Green Bank Observatory, West Virginia University