Nejtěžší pulsar ve vesmíru

Nejhustější objekty ve vesmíru mají nového šampióna co do hmotnosti: pulsar tak malý, že by se vešel na ostrov Manhattan, avšak jeho hmotnost 2,04krát převyšuje hmotnost Slunce. Pulsar může pomoci astronomům prověřit platnost Einsteinovy teorie obecné relativity.

Pulsary jsou velmi rychle rotující hvězdy (tzv. neutronové hvězdy) v závěrečném stadiu svého vývoje, které „zametají“ oblohu svazkem rádiových vln, podobně jako maják při svém otáčení. Nejrychlejší pulsary se nacházejí v binárních systémech – dvojhvězdách – společně s dalšími objekty, jako jsou například bílí trpaslíci. Pulsar zrychluje svoji rotaci na úkor materiálu odcizeného z hvězdného průvodce. Takovéto uspořádání může existovat miliardy let, než dojde ke vzájemné kolizi a splynutí obou těles.

Podle Einsteinovy obecné teorie relativity, která popisuje působení gravitace, obě tělesa způsobují výrazné vlny v časoprostoru – gravitační vlny – které se spirálovitě šíří prostorem. Ačkoliv gravitační vlny nebyly doposud pozorovány přímo, máme jasné důkazy, že existují. Výzkum binárních systémů může být dobrou cestou k jejich pozorování a k ověření, že předpoklady obecné teorie relativity jsou správné.

Objekt s označením J0348+0432 byl nedávno korunován na nejtěžší doposud pozorovaný pulsar. Průzkum se uskutečnil na radioteleskopu Green Bank Telescope (West Virginia), jehož anténa má průměr 100 m. O objevu informovala Victoria Kaspi (McGill University in Montreal, Kanada), která jej představila na konferenci Harvard-Smithsonian Conference v Cambridge, Massachusetts, věnované teoretické astrofyzice.

Victoria Kaspi identifikovala společně se svými spolupracovníky pulsar na základě rádiových pulsů s periodou 39 milisekund (tj. 0,039 sekundy). Pulsar se tedy otočí 25krát za sekundu. Je součástí dvojhvězdy a kolem společného těžiště obíhá spolu s bílým trpaslíkem, nejméně hustou hvězdou v závěrečném stadiu vývoje, jejíž hmotnost dosahuje 0,172 hmotnosti Slunce. Porovnání odchylek ve dráze obou těles umožnilo astronomům vypočítat rovněž hmotnost samotného pulsaru: doposud nevídaných 2,04 hmotnosti Slunce. Předcházejícím zaznamenaným rekordmanem byl pulsar s označením J1614-2230, jehož hmotnost je 1,97krát větší než hmotnost Slunce.

Tato dvojice je mimořádně dobrou laboratoří pro testování obecné teorie relativity, protože je zde poměrně velká nesourodost mezi hmotností pulsaru a bílého trpaslíka. Pokud by se ukázalo, že obecná teorie relativity je chybná, mohly by ji nahradit některé alternativní teorie gravitace. Neutronové hvězdy by mohly mít dodatečný gravitační efekt vyplývající z toho, že na jejich povrchu mohou existovat jakési „výstupky“ vysoké až 10 cm a táhnoucí se v délce několika km. Tyto efekty mohou zakřivit gravitační pole a vytvářet dodatečné gravitační vlny, což povede k tomu, že se vzdálenost mezi oběma objekty bude zmenšovat rychleji. A to je efekt, který by astronomové mohli pozorovat dokonce bez toho, aniž by přímo spatřili gravitační vlny.

Avšak mimořádná hmotnost pulsaru může být problémem pro samotnou obecnou teorii relativity. Hvězda s hmotností odpovídající hmotnosti Slunce se v případě vzniku pulsaru zhroutí do koule ne větší než 20 až 24 km v průměru. Teorie o tom, jak se atomy chovají v takto pevném prostředí, předpokládají, že neutronové hvězdy nemohou být o hodně těžší než dvojnásobek hmotnosti Slunce, protože pak by gravitační síly vedly ke zhroucení materiálu do černé díry.

„Pokud příští držitel nového rekordu významně překročí hodnotu dvou hmotností Slunce, pak se budeme muset vrátit zpět k základním informacím a možná přemýšlet o modifikaci obecné teorie relativity,“ říká Feryal Ozel (Arizona State University, Tucson).

Zdroj: http://www.newscientist.com/article/dn21818-pulsar-heavyweight-champ-challenges-einstein.html

autor: František Martinek