Międzynarodowy zespół astronomów odkrył w Drodze Mlecznej nowy i nieznany obiekt, który jest cięższy od najcięższych znanych gwiazd neutronowych, a jednocześnie lżejszy od najlżejszych znanych czarnych dziur.
Korzystając z radioteleskopu MeerKAT, astronomowie z wielu instytucji, w tym z Uniwersytetu w Manchesterze i Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka w Niemczech, odkryli obiekt na orbicie wokół szybko wirującego pulsaru milisekundowego, znajdującego się około 40 000 lat świetlnych od nas, w gęstej grupie znanych gwiazd jako gromada kulista.
Wykorzystując zegarowe takty pulsara milisekundowego, pokazali, że masywny obiekt leży w tak zwanej przerwie masowej czarnej dziury.
Może to być pierwsze odkrycie bardzo pożądanego pulsara radiowego – układu podwójnego czarnej dziury; para gwiazd, która mogłaby umożliwić nowe testy ogólnej teorii względności Einsteina i otworzyć drzwi do badania czarnych dziur.
Wyniki opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Science.
Kierownik brytyjskiego projektu Ben Stappers, profesor astrofizyki na Uniwersytecie w Manchesterze, powiedział: „Każda możliwość dotycząca natury towarzysza jest ekscytująca. Układ pulsar-czarna dziura będzie ważnym celem do testowania teorii grawitacji i ciężkiej gwiazdy neutronowej dostarczy nowych informacji w fizyce jądrowej przy bardzo dużych gęstościach.”
Kiedy gwiazda neutronowa – ultragęsta pozostałość po martwej gwieździe – uzyska zbyt dużą masę, zwykle w wyniku zużycia lub zderzenia z inną gwiazdą, zapadnie się. To, czym się stają po zapadnięciu, jest przyczyną wielu spekulacji, uważa się jednak, że mogą stać się czarnymi dziurami – obiektami tak atrakcyjnymi grawitacyjnie, że nawet światło nie może przed nimi uciec.
Astronomowie uważają, że całkowita masa potrzebna do zapadnięcia się gwiazdy neutronowej jest 2,2 masy Słońca. Teoria poparta obserwacjami mówi nam, że najlżejsze czarne dziury utworzone przez te gwiazdy są znacznie większe i około pięć razy masywniejsze od Słońca, co powoduje tak zwaną „lukę masową czarnych dziur”.
Natura zwartych obiektów w tej przerwie masowej jest nieznana, a szczegółowe badania okazały się jak dotąd trudne. Odkrycie obiektu może pomóc w końcu zrozumieć te obiekty.
Profesor Stappers dodał: „Zdolność niezwykle czułego teleskopu MeerKAT do odkrywania i badania tych obiektów stanowi ogromny krok naprzód i daje nam wgląd w to, co będzie możliwe dzięki Square Kilometre Array”.
Odkrycia obiektu dokonano podczas obserwacji dużej gromady gwiazd znanej jako NGC 1851 znajdującej się w południowym gwiazdozbiorze Kolumby, za pomocą teleskopu MeerKAT.
Gromada kulista NGC 1851 to gęsty zbiór starych gwiazd, które są znacznie ciaśniej upakowane niż gwiazdy w pozostałej części Galaktyki. Tutaj jest tak tłoczno, że gwiazdy mogą oddziaływać ze sobą, zakłócając orbity, a w najbardziej ekstremalnych przypadkach zderzając się.
Astronomowie biorący udział w międzynarodowej współpracy Transients and Pulsars z MeerKAT (TRAPUM) uważają, że to właśnie jedno z takich zderzeń dwóch gwiazd neutronowych doprowadziło do powstania masywnego obiektu krążącego obecnie wokół pulsara radiowego.
Zespołowi udało się wykryć słabe impulsy jednej z gwiazd, identyfikując ją jako pulsar radiowy – rodzaj gwiazdy neutronowej, która szybko wiruje i wysyła do Wszechświata wiązki światła radiowego niczym kosmiczna latarnia morska.
Pulsar obraca się ponad 170 razy na sekundę, a każdy obrót wytwarza rytmiczny puls, przypominający tykanie zegara. Tykanie tych impulsów jest niezwykle regularne i obserwując, jak zmieniają się czasy taktów, stosując technikę zwaną synchronizacją pulsarów, udało im się dokonać niezwykle precyzyjnych pomiarów jego ruchu orbitalnego.
Ewan Barr z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka, który kierował badaniami wraz ze swoją koleżanką Arunimą Duttą, wyjaśnił: „Pomyśl o tym, jak o możliwości wypuszczenia niemal idealnego stopera na orbitę wokół gwiazdy oddalonej o prawie 40 000 lat świetlnych, a następnie możliwości zmierz te orbity z precyzją mikrosekundową.”
Regularne synchronizowanie pozwoliło również na bardzo precyzyjny pomiar położenia układu, pokazując, że obiekt na orbicie z pulsarem nie był zwykłą gwiazdą, ale niezwykle gęstą pozostałością po zapadniętej gwieździe. Obserwacje wykazały również, że towarzysz ma masę jednocześnie większą niż jakakolwiek znana gwiazda neutronowa i jednocześnie mniejsza niż jakakolwiek znana czarna dziura, co plasuje go dokładnie w szczelinie masowej czarnej dziury.
Chociaż zespół nie jest w stanie jednoznacznie stwierdzić, czy odkrył najmasywniejszą znaną gwiazdę neutronową, najlżejszą znaną czarną dziurę, czy nawet jakiś nowy egzotyczny wariant gwiazdy, pewne jest, że odkrył wyjątkowe laboratorium do badania właściwości materii pod najbardziej ekstremalne warunki we Wszechświecie.
Arunima Dutta podsumowuje: „Jeszcze nie skończyliśmy z tym systemem.
„Odkrycie prawdziwej natury towarzysza będzie punktem zwrotnym w naszym rozumieniu gwiazd neutronowych, czarnych dziur i wszystkiego, co może czaić się w przerwie masowej czarnej dziury”.