Astronomi su nedavno otkrili najmasivniju neutronsku zvijezdu do sada, gotovo na teoretskoj granici za takve zvijezde. Ali to je samo veličina malog grada.
Istraživači koji su koristili teleskop Green Bank nedavno su otkrili zvijezdu nazvanu J0740+6620, neutronsku zvijezdu koja je otprilike onoliko masivna. Neutronske zvijezde su jedinstvene, zaostale jezgre masivnijih zvijezda. Toliko su gusti da se gotovo u potpunosti sastoje od neutrona, što čini vrlo čudnu fiziku. U slučaju J0740+6620, astronomi su imali dosta sreće: ova zvijezda je pokazala dva fenomena koji su je olakšali uočavanje i proučavanje. Ispitivanje zvijezda poput ove dovodi nas mnogo bliže razumijevanju nekih od najekstremnijih fizika u našem svemiru.
Osim crnih rupa, neutronske zvijezde su najgušći objekti u našem svemiru, a neutronska zvijezda koju su nedavno otkrili astronomi pomoću teleskopa Green Bank (GBT) ima najveću gustoću ikada izmjerenu, približavajući se teoretskoj granici gustoće za takve zvijezde. J0740+6620, kako se zove zvijezda, sadrži 2,17 puta veću masu od Sunca. Ali da ste trčali maraton, već biste putovali dalje od promjera ove neutronske zvijezde, koja ima samo 30 km u promjeru.
“Neutronske zvijezde su misteriozne koliko i fascinantne”, rekao je Thankful Cromartie, glavni autor rada koji opisuje novu zvijezdu. “Ovi objekti veličine grada su u biti ogromne atomske jezgre. Toliko su masivni da njihova unutrašnjost poprima čudna svojstva.”
ŠTO SU NEUTRONSKE ZVIJEZDE?
Kako zvijezde stare i umiru, njihovo konačno stanje ovisi o tome koliko su bile masivne. Da bismo razumjeli kako neutronske zvijezde nastaju iz ovih umirućih zvijezda, prvo ćemo morati razumjeti kako nastaju bijeli patuljci. Većina zvijezda, 97%, s vremenom će postati bijeli patuljci, sljedeća najgušća vrsta zvijezde nakon neutronske zvijezde, zbog neke vrste ugrađenog kozmičkog znaka za zaustavljanje. Jednostavno rečeno, bijeli patuljci su toliko gusti da su atomske veze njihovog materijala popucale, pretvarajući ih u plazmu atomskih jezgri i elektrona. Ali teško je dobiti puno gušće od ovoga; elektroni ne žele biti u istom stanju jedni s drugima i oduprijet će se komprimiranju do točke u kojoj bi se to dogodilo. Fizičari to nazivaju tlakom degeneracije elektrona.
Zvijezde koje počinju s manje od 10 solarnih masa imaju tendenciju da postanu bijeli patuljci, koji sami imaju gornju granicu od oko 1,44 solarne mase. Ali ako počnete s gušćom zvijezdom, onom od 10 do 29 solarnih masa, mogli biste proizvesti neutronsku zvijezdu. U ovoj točki, gustoća zvijezde je toliko velika da svladava pritisak degeneracije elektrona. Elektroni još uvijek ne žele zauzeti isto stanje, pa su umjesto toga prisiljeni kombinirati se s protonima, tvoreći neutrone kao rezultat i emitirajući neutrine. Dakle, neutronske zvijezde su, sastavljene gotovo u potpunosti od neutrona.
Neutronske zvijezde zadržava pritisak neutronske degeneracije, koji djeluje slično kao što elektronska degeneracija zadržava bijele patuljke. Ali također kao i bijeli patuljci, postoji gornja granica pritiska koji neutronske zvijezde mogu podnijeti.
“Neutronske zvijezde imaju tu prijelomnu točku kada njihova unutarnja gustoća postaje toliko ekstremna da sila gravitacije nadjačava čak i sposobnost neutrona da se odupru daljnjem kolapsu”, rekao je Scott Ransom, koautor rada. Zato se čini da je J0740+6620 velik koliko neutronska zvijezda može dobiti: samo oko 2,17 solarne mase. Da je J0740+6620 imao veću masu, urušio bi se u crnu rupu. “Svaka ‘najmasivnija’ neutronska zvijezda koju pronađemo,” nastavio je Ransom, “dovodi nas bliže prepoznavanju te prekretnice i pomaže nam da razumijemo fiziku materije na ovim zapanjujućim gustoćama.”
PO ČEMU JE J0740+6620 POSEBAN?
Umjetnikova animacija kašnjenja Shapiro. Pulsari izbacuju zrake radio valova sa svojih polova i vrte se brzo. Kada su u binarnom sustavu, možemo izmjeriti učinak gravitacije njihove sestrinske zvijezde (u ovom slučaju bijelog patuljka) na radio valove, što nam omogućuje procjenu mase sestrinske zvijezde, i zauzvrat, mase pulsara.
Procjenjuje se da postoji oko 100 milijuna neutronskih zvijezda u Mliječnoj stazi, ali većina njih su stare, hladne zvijezde, što ih čini vrlo teškim za otkrivanje. Srećom, J0740+6620 bio je pulsar, vrsta brzorotirajuće neutronske zvijezde koja izbacuje radiovalove i drugo elektromagnetsko zračenje sa svojih magnetskih polova. Kako zvijezda rotira, ove zrake izgledaju kao da “pulsiraju” iz naše perspektive s nevjerojatnom pravilnošću poput sata. Većinu neutronskih zvijezda teško je identificirati, ali kada radiovalovi pulsara pređu preko Zemlje, postaje ih mnogo lakše uočiti i proučavati.
J0740+6620 također je imao još jednu kvalitetu da je bio sretan pronalazak za istraživače. Zvijezda je zapravo bila u binarnom sustavu s pratećim bijelim patuljkom. Ove dvije činjenice znače da su istraživači uspjeli izmjeriti masu nove zvijezde pomoću nečega što se zove “Shapirovo kašnjenje”.
Dok je J0740+6620 pratilac bijelog patuljka prolazio ispred snopa radiovalova neutronske zvijezde, astronomi na Zemlji mogli su otkriti malo kašnjenje u dolazećim radio valovima. To je zato što je gravitacija bijelog patuljka iskrivila prostor oko njega, prisiljavajući prolazne radio valove da putuju malo dalje od normalnog. Mjereći ovo, astronomi su mogli izračunati masu bijelog patuljka. Poznavanje mase jednog planeta u binarnom sustavu olakšava izračunavanje mase partnera; stoga je otkriveno da je J0740+6620 najmasivnija neutronska zvijezda do danas.
Izvor/Autor: BigThink/Matt Davis
