Neutroncsillag nehézsúlyt fedeztek fel - a milliszekundumos pulzár közel van a
A milliszekundumos pulzár közel van a rendkívül sűrű csillagemlékek felső tömeghatárához
Meglepően nehéz: A csillagászok felfedezték az eddig ismert egyik legnagyobb tömegű neutroncsillagot. A 4600 fényévnyire lévő csillagok ereklyéje csupán 30 kilométeres, de súlya 2,14 naptömeg - állítják a kutatók a "Nature Astronomy" szakfolyóiratban. Ez a gyorsan forgó neutroncsillag elmozdul az elméletileg meghatározott felső tömeghatárhoz az ilyen tárgyaknál - ez pedig lehetővé teszi következtetések levonását a belső terének természetéről.
A neutroncsillagok az univerzum legsűrűbb tárgyai közé tartoznak: A hatalmas, csak 15-30 kilométer nagyságú csillagok maradványaiban az anyag annyira erősen összenyomódik, hogy az elektronok és protonok összeolvadnak, és neutronokat alkotnak. Óriási gravitációjuk miatt a nem forgó neutroncsillagok a jelenlegi elmélet szerint nem válhatnak sokkal nehezebbé, mint 2,16 naptömeg - különben összeomlanak és fekete lyukat képeznek.
Impulzus késleltetés mint "mérleg"
A Charlottesville-i Virginia Egyetem Thankful Cromartie-val dolgozó csillagászok most felfedeztek egy neutroncsillagot, amely rendkívül közel mozog ezen ultra-sűrű tárgyak maximális határértékéhez. Ez egy milliszekundumos pulzár - gyorsan forgó neutroncsillag, amely szabályos, erős rádióimpulzusokat bocsát ki. A PSR J0740 + 6620 körülbelül 4600 fényévnyire van a Földtől, és kettős rendszert alkot fehér törpével.
Ez a partner tette lehetővé a csillagászok számára a neutroncsillag pontos tömegének meghatározását. Mert amikor a mintegy 30 kilométeres pulzár áthalad a fehér törpe mögött, rádióimpulzusait nagyobb partnere gravitációja eltéríti. Ez azt eredményezi, hogy az impulzusok néhány milliszekundummal késnek. Ebből az úgynevezett Shapiro késésből a kutatók a Green Banks rádióteleszkóp segítségével meghatározhatták a fehér törpe, majd a neutroncsillag tömegét.
A legnagyobb tömegű, pontosan mért neutroncsillag
Az eredmény: A milliszekundumos pulzár tömege 2,14 naptömeg. "A J0740 + 6620 tehát valószínűleg az eddigi legnagyobb tömegű, pontosabban mért neutroncsillag" - állítja Cromartie és munkatársai. A csillagászok nemrégiben egy milliszekundumos pulzust fedeztek fel, 2,27 naptömeggel, de tömegét kevésbé precíz módszerrel becsülték meg.
Amint a csillagászok megmagyarázzák, két másik milliszekundumos pulzus ismert, amelyek tömege hasonló pontossággal határozható meg, mint a J0740 + 66. Csak kissé könnyebbek, mint a most mért neutroncsillag. "Ez egyértelművé teszi, hogy ezek a hatalmas neutroncsillagok a populáció jelentős részét teszik ki - ez jelentős jelentőségű lehet a milliszekundumos pulzusok bináris rendszerekben történő fejlődésének megértése szempontjából" - mondta Cromartie és csapata.
Információk az egzotikus belső térről
A legfontosabb az, hogy ha pontosan tudja a forgó neutroncsillag maximális tömegét, akkor ez fontos információkat szolgáltat a belseje jellegéről. Mert ahhoz, hogy ellenálljon a gravitáció fekete lyukvá válásának, a neutroncsillag anyagának sűrűnek és rendkívül stabilnak kell lennie egyszerre. Eddig azonban a csillagászok csak találgatni tudnak, miből áll valójában e csillag maradványa.
Általános hipotézisek szerint a neutroncsillagok belseje egzotikus anyagállapotokból állhat, amelyek hasonlóak egy szuper szilárd anyaghoz, egy szuperfolyékony folyadékhoz vagy egy Bose-Einstein kondenzátumhoz. Az egzotikus részecskekombinációkról, például a tetraneutronokról vagy akár kvarkokból álló anyagokról is szó esik. Néhány ilyen „jelölt” azonban túl puha és instabil ahhoz, hogy nagyon tömeges neutroncsillagokat engedjen be a tömeghatáron vagy azon túl.
A keresés folytatódik
"A neutroncsillagok mért tömegének legkisebb növekedése is megköveteli a bennük működő alapvető fizika újragondolását" - állítják a csillagászok. Ez vonatkozik a jelenlegi eredményekre is. Emiatt ő és sok kollégája megpróbálja kideríteni, hogy valójában hol található a neutroncsillag abszolút maximális határa.
"Minden megtalált" legmasszívabb "neutroncsillag segít jobban megérteni az anyag fizikáját ezen elképzelhetetlen sűrűségben" - magyarázza Scott Ransom társszerző, a Nemzeti Rádiócsillagászati Obszervatórium (NRAO) munkatársa. (Természeti csillagászat, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0880-2)
Forrás: Green Bank Obszervatórium, Nyugat-Virginia Egyetem