Tajemniczy obiekt w układzie podwójnym może być czymś, czego astronomowie szukali od dawna

W gromadzie kulistej NGC 1851 astronomowie zauważyli niespotykany układ podwójny, którego natury nie potrafią wyjaśnić. Przynajmniej jeden jego elementów jest prawdopodobnie pozostałością – chociaż nie bezpośrednio – masywnej gwiazdy, która zakończyła życie jako supernowa. Naukowcy przyjrzeli się nietypowemu układowi za pomocą radioteleskopu MeerKAT z Południowej Afryki i detektorów którymi dysponuje Instytut Radioastronomii im. Maxa Plancka. Odkryli słabe impulsy, dzięki którym odkryli naturę jednego z obiektów układu.

Zarejestrowane impulsy wskazują na gwiazdę neutronową o silnym polu magnetycznym. Gwiazda wiruje wokół własnej osi z prędkością 170 obrotów na sekundę, emitując impulsy w zakresie radiowym, które docierają do Ziemi. Mamy więc do czynienia z pulsarem radiowym, który został oznaczony jako PSR J0514-4002E. Pulsary wysyłają bardzo regularne sygnały, a w tym przypadku zarejestrowano niewielkie ich zaburzenia. Naukowcy doszli więc do wniosku, że pulsar ma towarzysza. Zaburzenia sygnału pozwoliły zaś obliczyć orbity obu obiektów.

Jednak gdy naukowcy przeanalizowali zdjęcia z Teleskopu Hubble'a nie zauważyli niczego w miejscu, gdzie powinien znajdować się towarzysz pulsara. To oznacza, że towarzysz nie jest zwykłą gwiazdą, ale ekstremalnie gęstą pozostałością po gwieździe, mówi Prajwal Voraganti Padmanabh z Instytutu Maxa Plancka. Na taką interpretację wskazuje też fakt, że w sygnale z pulsara nie widać wpływu wiatru gwiezdnego. Pulsarowi może więc towarzyszyć czarna dziura lub inne gwiazda neutronowa, która nie emituje promieniowania w paśmie radiowym.

Na razie, na podstawie zaburzeń orbity pulsara, astronomowie wyliczyli, że masa tajemniczego obiektu wynosi od 2,09 do 2,71 mas Słońca. To zaś oznacza, że masa tego obiektu jest większa od najbardziej masywnych gwiazd neutronowych, ale mniejsza od najlżejszych czarnych dziur. Jego masa mieści się więc w bardzo tajemniczym, niezbadanym obszarze 2–5 mas Słońca. Nie znamy dotychczas żadnego kompaktowego obiektu o takiej masie.

Czymkolwiek jest ten obiekt, to bardzo ekscytująca wiadomość. Jeśli jest to czarna dziura, będziemy mieli tutaj pierwszy znany nam układ podwójny złożony z pulsara i czarnej dziury. Byłby to, poszukiwany od dekad, święty graal astronomii pulsarów. Jeśli jest to gwiazda neutronowa, odkrycie będzie miała olbrzymie znaczenie dla naszego rozumienia stanu materii o tak olbrzymiej gęstości, ekscytuje się Paulo Freire z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka.

Naukowcy nie wiedzą więc, czy znaleźli najbardziej masywną gwiazdę neutronową, najmniej masywną czarną dziurę czy jeszcze jakiś inny obiekt. Jeszcze z tym układem nie skończyliśmy. Odkrycie prawdziwej natury drugiego obiektu będzie punktem zwrotnym w naszym rozumieniu gwiazd neutronowych, czarnych dziur czy czymkolwiek innym się on okaże, dodaje Arunima Dutta.

Zdaniem  odkrywców, istnienie tego niezwykłego układu należy przypisać szczególnemu środowisku, w jakim powstał.
Gromada kulista NGC 1851 to duże zagęszczenie starych gwiazd, które są znacznie bliżej siebie niż w innych miejscach Drogi Mlecznej. Gwiazdy wchodzą ze sobą w interakcje, wpływają na swoje orbity, czasem dochodzi między nimi do zderzeń. Uczeni uważają, że tajemniczy towarzysz pulsara powstał w wyniku kolizji dwóch gwiazd neutronowych.

Do powstania całego układu mogło dojść w następujący sposób. W układzie podwójnym, złożonym z gwiazdy neutronowej i zwykłej gwiazdy gwiazda neutronowa zaczęła wysysać materię z towarzysza. W wyniku tego procesu tempo obrotu gwiazdy neutronowej wzrosło, a z gwiazdy pozostał biały karzeł. Układy gwiazda neutronowa-biały karzeł są powszechnie spotykane.

Jednocześnie istniał układ podwójny złożony z dwóch gwiazd neutronowych. Krążyły one wokół siebie, emitując fale grawitacyjne, przez co system tracił energię. To doprowadziło do zacieśnienia orbity w układzie, a w końcu do eksplozyjnego połączenia obu gwiazd. Powstała w ten sposób izolowana czarna dziura lub supermasywna gwiazda neutronowa. Po jakimś czasie doszło do spotkania układu gwiazda neutronowa-biały karzeł z pozostałością po połączeniu gwiazd neutronowych. Powstał w ten sposób układ potrójny, z którego wyrzucony został najmniej masywny obiekt, czyli biały karzeł. W ten sposób narodził się obecnie obserwowany układ, złożony z gwiazdy neutronowej i jej tajemniczego towarzysza.

Tajemniczy obiekt w układzie podwójnym może być czymś czego astronomowie szukali od dawna