Astronomové objevili doposud nejhmotnější neutronovou hvězdu

Astronomové z West Virginia University pomohli objevit doposud nejhmotnější neutronovou hvězdu, což je zásadní objev odhalený prostřednictvím radioteleskopu Green Bank Telescope v Pocahontas County. Neutronová hvězda s označením J0740+6620 je rychle rotující pulsar, u nějž je do malého objemu o průměru zhruba 24 km namačkána látka odpovídající 2,14 hmotností Slunce. Tato hodnota se přibližuje limitům, jak hmotný a kompaktní ještě může být osamělý objekt, který se nesmrští v černou díru.

Hvězda byla detekována ve vzdálenosti přibližně 4 600 světelných roků od Země. Jeden světelný rok odpovídá zhruba 9,5 biliónům kilometrů.

Tento objev uskutečněný v National Science Foundation-funded NANOGrav Physics Frontiers Center byl publikován 16. 9. 2019 v časopise Nature Astronomy.

Autory článku jsou: Duncan Lorimer, profesor astronomie na Eberly College of Arts and Sciences; profesorka fyziky a astronomie Maura McLaughlin na Eberly Distinguished; Nate Garver-Daniels, systémový správce na Department of Physics and Astronomy; postgraduální a někdejší studenti Harsha Blumer, Paul Brook, Pete Gentile, Megan Jones a Michael Lam.

Objev je jedním z mnoha náhodných výsledků, říká Maura McLaughlin, které vyplynuly v průběhu pravidelných pozorování uskutečněných jako součást pátrání po gravitačních vlnách.

„Na radioteleskopu Green Bank jsme zkoušeli detekovat gravitační vlny přicházející z pulsarů,“ říká Maura McLaughlin. „Za tímto účelem jsme museli pozorovat velké množství pulsarů, což jsou rychle rotující neutronové hvězdy. Tento objev není pojednáním o gravitačních vlnách, ale jedním z mnoha důležitých výsledků, které povstaly z našich pozorování.“

Hmotnost pulsaru byla změřena prostřednictvím jevu známého jako „Shapiro Delay“ (Shapirovo zpoždění). V podstatě gravitace bílého trpaslíka, který je průvodcem neutronové hvězdy, zakřivuje prostor ve svém okolí v souladu s Einsteinovou obecnou teorií relativity. To znamená, že jednotlivé pulsy vyzařované pulsarem putují po nepatrně delší dráze, když se šíří skrz deformovaný prostoročas v okolí bílého trpaslíka. Z tohoto zpoždění můžeme vypočítat hmotnost bílého trpaslíka, která nám pro změnu prozradí hmotnost studované neutronové hvězdy na základě známých zákonů o oběhu těles v binární soustavě.

Neutronové hvězdy jsou zhuštěné pozůstatky hmotných hvězd, které svoji existenci ukončily jako supernovy. Vznikají tehdy, když obří hvězda „umírá“ v podobě exploze supernovy a její jádro se smrští. Protony a elektrony se navzájem spojí a vytvoří neutrony. Pro představu: kousek neutronové hvězdy o velikosti kostky cukru má hmotnost přibližně 100 miliónů tun, což odpovídá přibližně hmotnosti celé lidské populace.

Ačkoliv astronomové a fyzikové studovali tyto objekty celá desetiletí, stále zůstává mnoho záhad týkajících se jejich vnitřní stavby: Vytvářejí neutrony iontovou mřížku „supertekutiny“? Zhroutily se do „polévky“ subatomových kvarků či jiných exotických částic? Jaký je limitní bod hmotnosti, kdy už gravitace zvítězí nad hmotou a vytvoří černou díru?

„Tyto hvězdy jsou velmi exotické,“ říká Maura McLaughlin. „Nevíme, jak je uspořádáno jejich nitro. Je zde i jedna velmi důležitá otázka, jak hmotné tyto hvězdy mohou být? To je důležité s ohledem na exotický materiál, který zatím nedokážeme vyrobit v pozemských laboratořích.“

Pulsary získaly své pojmenování na základě dvojice svazků rádiového záření (pulsů), které je emitováno v oblasti jejich magnetických pólů. Tyto svazky ozařují okolní kosmický prostor podobně jako světla majáku. Některé z nich rotují rychlostí až několika stovek otáček za sekundu.

Protože pulsary rotují s tak fenomenální rychlostí a pravidelností, astronomové je mohou využít jako kosmický ekvivalent atomových hodin. Tak přesná časomíra pomáhá astronomům rovněž studovat povahu prostoročasu, při měření hmotností hvězdných objektů a ke zlepšení chápání Einsteinovy obecné teorie relativity.

Zdroj: https://phys.org/news/2019-09-astronomers-massive-neutron-star.html; https://www.sciencedaily.com/releases/2019/09/190916114030.htm a http://www.sci-news.com/astronomy/most-massive-neutron-star-07600.html

autor: František Martinek