Uczeni z NRAO odkryli najcięższy pulsar

Astronomowie z National Radio Astronomy Obserwatory (NRAO) odkryli najcięższą ze znanych nam gwiazd neutronowych. Ta gwiazda jest dwukrotnie cięższa od Słońca. To zaskakujące, ale taka masa oznacza, że pewne teoretyczne modele budowy gwiazd neutronowych są nieprawdziwe - powiedział Paul Demorest z NRAO. Odkrycie tak masywnej gwiazdy ma również znaczenie dla fizyki jądrowej oraz naszego rozumienia tego, co dzieje się z materią poddaną gigantycznemu ciśnieniu.

Gwiazdy neutronowe powstają po eksplozji supernowej. Tworząca je materia zostanie ściśnięta w kuli o średnicy  kilku lub kilkunastu kilometrów. Ciśnienie jest tak wielkie, że protony i elektrony zostają zmiażdżone stając się neutronami.

Uczeni badali pulsar PSR J1614-2230 i obiegającego go białego karła, które znajdują się w odległości 3000 lat świetlnych od Ziemi. Pulsar kręci się z prędkością 317 obrotów na sekundę, a biały karzeł obiega go w ciągu dziewięciu dni. Orientacja obu obiektów wobec naszej planety umożliwiła zmierzenie masy pulsaru.

Gdy biały karzeł znajduje się dokładnie pomiędzy Ziemią a PSR J1614-2230, światło pulsaru przechodzi bardzo blisko niego, przez co dochodzi do efektu zwanego opóźnieniem Shapiro, czyli opóźnienia dotarcia światła do obserwatora, spowodowanego oddziaływaniem grawitacyjnym obiektu, koło którego przechodzi.

"Mieliśmy olbrzymie szczęście z tym systemem. Szybko wirujący pulsar wysyła sygnał, który możemy odbierać, a orbita jest niemal idealna do pomiaru. Ponadto towarzyszący mu biały karzeł jest bardzo masywny jak na gwiazdę tego typu. To wywołuje silne opóźnienie Shapiro, które dzięki temu jest łatwiejsze do zmierzenia" - mówi Scott Ransom z NRAO.

Uczeni spodziewali się, że pulsar będzie miał około 1,5 masy Słońca. Okazało się jednak, że jest dwukrotnie cięższy od naszej gwiazdy. To wskazuje, że teorie mówiące, że w skład gwiazd neutronowych - obok neutronów - wchodzą też np. kondensaty kaonów czy hiperony są nieprawdziwe.

Wyniki badań opisano w Nature, a w piśmie Astrophysical Journal Letters ukazał się artykuł, w którym omówiono dalsze implikacje odkrycia. Czytamy w nim, m.in., że "pomiary takie wskazują, że jeśli w rdzeniu gwiazdy neutronowej znajdują się jakiekolwiek kwarki, to nie mogą być one 'wolne', ale muszą wchodzić w silne interakcje pomiędzy sobą, tak jak to ma miejsce w normalnym jądrze atomowym".

Zmierzenie masy PSR J1614-2230 zawęża liczbę teorii nt. gwiazd neutronowych. Jednocześnie czyni bardziej prawdopodobną teorię wyjaśniającą powstawanie pewnego typu rozbłysków gamma. Teoria ta mówi, że są one wywoływane zderzeniami gwiazd neutronowych. Jeśli obiekty te mogą być tak masywne jak wspomniany powyżej pulsar, to rzeczywiście teoria taka może być prawdziwa. Jednocześnie istnieją przypuszczenia, że takie kolizje mogłyby powodować powstawanie fal grawitacyjnych, których usilnie poszukują liczne laboratoria z USA i Europy.

National Radio Astronomy Obserwatory Paul Demorest pulsar PSR J1614-2230