Αστρονόμοι ανίχνευσαν το πιο μεγάλης μάζας άστρο νετρονίων που μετρήθηκε μέχρι τώρα

Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Δυτικής Virginia βοήθησαν να ανακαλυφθεί το άστρο νετρονίων με την πιο μεγάλη μάζα που ανακαλύφθηκε μέχρι σήμερα, ένα επίτευγμα που αποκαλύφθηκε με το Τηλεσκόπιο Green Bank στην κομητεία Pocahontas. Το άστρο νετρονίων, που ονομάζεται J0740+6620, είναι ένα ταχύτατα περιστρεφόμενο πάλσαρ που συμπιέζει 2,17 φορές τη μάζα του Ήλιου (ο οποίος έχει μάζα 333000 φορές τη μάζα της Γης) μάσα σε μια σφαίρα διαμέτρου μόνο 20-30 χιλιομέτρων. Η μέτρηση αυτή προσεγγίζει τα όρια του πόσο μεγάλης μάζας και πόσο συμπαγές μπορεί να γίνει ένα μεμονωμένο αντικείμενο χωρίς να καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα.

Το άστρο ανιχνεύθηκε σε απόσταση 4600 έτη φωτός κατά προσέγγιση από τη Γη και τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν χθες (16 Σεπτεμβρίου) στο Nature Astronomy. Η ανακάλυψη είναι ένα από τα πολλά απρόσμενα αποτελέσματα, που προέκυψαν κατά τη διάρκεια παρατηρήσεων ρουτίνας που έγιναν ως μέρος μιας έρευνας για βαρυτικά κύματα, ανέφερε η Maura McLaughlin, καθηγήτρια φυσικής και αστρονομίας και από τους συγγραφείς της μελέτης. Αναφέρει: «Στο Green Bank, προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε βαρυτικά κύματα από τα πάλσαρ. Για να το κάνουμε αυτό, χρειαζόμαστε να παρατηρήσουμε πολλά πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου, που είναι ταχύτατα περιστρεφόμενα άστρα νετρονίων. Η ανακάλυψη αυτή δεν είναι μια εργασία ανίχνευσης βαρυτικού κύματος αλλά ένα από τα πολλά σημαντικά αποτελέσματα που έχουν προκύψει από τις παρατηρήσεις μας».

Η μάζα του πάλσαρ μετρήθηκε μέσω ενός φαινομένου γνωστού ως «Καθυστέρηση Shapiro». Στην ουσία, η βαρύτητα από ένα άστρο νάνο συνοδό άστρο παραμορφώνει το χώρο γύρω από αυτό, σύμφωνα με τη γενική θεωρία σχετικότητας του Einstein. Αυτό κάνει τους παλμούς από το πάλσαρ να ταξιδεύουν μόλις λίγο μακρύτερα καθώς ταξιδεύουν μέσω του παραμορφωμένου χωρόχρονου γύρω από τον λευκό νάνο. Η καθυστέρησή τους αυτή δίνει τη μάζα του λευκού νάνου, η οποία με τη σειρά της παρέχει μια μέτρηση της μάζας του άστρου νετρονίων.

Τα άστρα νετρονίων είναι συμπιεσμένα υπολείμματα των μεγάλης μάζας άστρων που γίνονται υπερκαινοφανείς. Δημιουργούνται, όταν γιγάντια άστρα πεθαίνουν ως υπερκαινοφανείς και οι πυρήνες τους καταρρέουν, με τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια να τήκονται το ένα στο άλλο για να δημιουργήσουν νετρόνια. Για να οπτικοποιηθεί η μάζα του άστρου νετρονίων που ανακαλύφθηκε, ένας κύβος ζάχαρης με υλικό άστρου νετρονίων θα ζύγιζε 100 εκατομμύρια τόνους εδώ στη Γη ή περίπου το ίδιο όπως όλος ο πληθυσμός της ανθρωπότητας.

Ενώ οι αστρονόμοι και οι φυσικοί μελέτησαν αυτά τα αντικείμενα για δεκαετίες, πολλά μυστήρια παραμένουν σχετικά με τη φύση των εσωτερικών τους: Τα συνθλιμμένα νετρόνια γίνονται «υπερρευστό» και ρέει ελεύθερα; Καταρρέουν σε μια σούπα υποατομικών κουάρκ ή άλλων εξωτικών σωματιδίων; Ποιο είναι το κρίσιμο σημείο που η βαρύτητα κερδίζει επί της ύλης και διαμορφώνει μια μαύρη τρύπα; «Τα άστρα αυτά είναι πολύ εξωτικά», αναφέρει η McLaughlin. «Δεν γνωρίζουμε από τι είναι φτιαγμένα και μια πραγματικά σημαντική ερώτηση είναι: “πόσο μεγάλης μάζας μπορεί να γίνει ένα από αυτά τα άστρα;”. Αυτό έχει επιπτώσεις για πολύ εξωτικό υλικό που απλά δεν μπορεί να δημιουργηθεί σε ένα εργαστήριο στη Γη».

Τα πάλσαρ ονομάζονται έτσι λόγω των δίδυμων δεσμών ραδιοκυμάτων που εκπέμπουν από τους μαγνητικούς πόλους τους. Οι δέσμες αυτές απλώνονται στο διάστημα με έναν τρόπο σαν φάρος. Κάποια περιστρέφονται εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο. Καθώς τα πάλσαρ περιστρέφονται με τέτοιες φαινομενικές ταχύτητες και τέτοια κανονικότητα, οι αστρονόμοι μπορούν να τα χρησιμοποιούν ως κοσμικά ισοδύναμα ατομικών ρολογιών. Τέτοια ακριβής χρονομέτρηση βοηθάει τους αστρονόμους να μελετήσουν τη φύση του χωρόχρονου, να μετρήσουν τις μάζες των αστρικών αντικειμένων και να βελτιώσουν την κατανόηση της γενικής σχετικότητας.

Πηγή: West Virginia University

Περισσότερα στη δημοσίευση: Relativistic Shapiro delay measurements of an extremely massive millisecond pulsar. Nature Astronomy.