Czarna dziura czy gwiazda neutronowa? Odkryto zagadkowy obiekt w Drodze Mlecznej

Na dziwny obiekt astronomowie natknęli się obserwując gromadę kulistą NGC 1851, znajdującą się w gwiazdozbiorze Gołębia, około 40 tys. lat świetlnych od nas. Na orbicie wokół szybko wirującego pulsara milisekundowego dostrzegli coś bardzo gęstego. W swoich obserwacjach korzystali z radioteleskopu MeerKAT.

Według naukowców, tajemniczym obiektem mogą być tylko dwie rzeczy – gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Jednak każda z opcji byłaby nowym odkryciem. Jeśli jest to gwiazda neutronowa, może być najcięższą tego typu gwiazdą, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Jeśli z kolei jest to czarna dziura, to jest ona najlżejszą, jaką dostrzeżono.

Wyniki i opis obserwacji ukazał się na łamach pisma "Science" (DOI: 10.1126/science.adg3005).

- Każda możliwość dotycząca natury obiektu jest ekscytująca. Układ pulsar–czarna dziura byłby ważnym celem do testowania teorii grawitacji, a ciężka gwiazda neutronowa dostarczyłaby nowego spojrzenia na fizykę jądrową przy bardzo dużych gęstościach – powiedział Ben Stabbers z Uniwersytetu Manchesteru.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Odkryć dokonano w gromadzie NGC 1851. Gromada ta to obszar gęsto upakowany starymi gwiazdami. Gęstość obiektów tam się znajdujących przekracza pozostałe części galaktyki. Panuje tam taki tłok, że oddziaływania grawitacyjne różnych obiektów zakłócają swoje orbity, a w najbardziej ekstremalnych przypadkach nawet się zderzają. Według badaczy, to właśnie jedno z takich zderzeń dwóch gwiazd neutronowych doprowadziło do powstania masywnego obiektu krążącego obecnie wokół pulsara.

Odkryty pulsar milisekundowy został sklasyfikowany jako PSR J0514-4002E. Pulsar to rodzaj gwiazdy neutronowej, która szybko wiruje i wysyła w Wszechświata wiązki promieniowania elektromagnetycznego niczym kosmiczna latarnia morska.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Obraca się on 170 razy na sekundę, a każdy obrót wytwarza rytmiczny puls, przypominający tykanie zegara. Wykorzystując to tykanie, badacze najpierw dostrzegli dziwny obiekt na orbicie pulsara, a potem ustalili masę obu obiektów. Oba obiekty dzieli odległość zaledwie ośmiu milionów kilometrów. Dla porównania, w Układzie Słonecznym Ziemię dzieli od Słońca około 150 milionów kilometrów.

Astronomowie dostrzegli też, że obiekt na orbicie pulsara nie jest zwykłą gwiazdą, ale niezwykle gęstymi pozostałościami po gwieździe. Obserwacje wykazały również, że towarzysz pulsara ma masę większą niż jakakolwiek znana gwiazda neutronowa, a jednocześnie mniejszą niż jakakolwiek znana czarna dziura, co plasuje go prosto w tzw. luce masowej czarnych dziur.

Gwiazdy kończą swój żywot w supernowych. Podczas tej potężnej eksplozji zewnętrzne warstwy gwiazdy wyrzucane są w przestrzeń kosmiczną z ogromną prędkością. W zależności od masy gwiazdy, w supernowej powstaje ultragęsta gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Ale kiedy gwiazda neutronowa uzyska zbyt dużą masę, zwykle w wyniku podkradania materii z innej gwiazdy lub zderzenia z inną gwiazdą, to również może przekroczyć wartość krytyczną i zapaść się w czarną dziurę.

Jak dotąd najcięższa gwiazda neutronowa, jaką zaobserwowano, ma masę około 2 mas naszego Słońca. Z kolei najlżejsza czarna dziura, jaką zidentyfikowano, ma masę około 5 mas Słońca. Astronomowie uważają, że masa potrzebna do zapadnięcia się gwiazdy neutronowej wynosi 2,2 masy Słońca. Natura obiektów w tej przerwie mas jest nieznana. Odkryto mało obiektów, które wpisują się w lukę, ale odkrycie w gromadzie NGC 1851 może pomóc w końcu rozwiązać zagadkę, bo zagadkowy obiekt ma masę w granicach 2,09 a 2,71 mas Słońca, czyli zahacza o dolną granicę luki w masach.

- Jeszcze nie skończyliśmy z tym systemem. Odkrycie prawdziwej natury towarzysza pulsara będzie punktem zwrotnym w naszym rozumieniu gwiazd neutronowych, czarnych dziur i wszystkiego, co może czaić się w przerwie masowej czarnych dziur – powiedziała Arunima Dutta z Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka w Niemczech.

Chociaż astronomowie nie są w stanie jednoznacznie stwierdzić, czy odkryli najmasywniejszą gwiazdę neutronową, najlżejszą znaną czarną dziurę, czy jakiś nowy egzotyczny wariant gwiazdy, pewnym jest, że odkryli wyjątkowy układ podwójny, który może posłużyć jako laboratorium do badania właściwości materii w jednych z najbardziej ekstremalnych warunkach we Wszechświecie.

Źródło: University of Manchester