Radioteleskop MeerKAT odkrył tajemniczy obiekt w Drodze Mlecznej

Naukowcy przy użyciu radioteleskopu MeerKAT odkryli nieznany obiekt w Drodze Mlecznej, który jest cięższy niż znane gwiazdy neutronowe, a jednocześnie lżejszy niż odkryte dotąd czarne dziury.

Korzystając z radioteleskopu MeerKAT, astronomowie z Uniwersytetu w Manchesterze i Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka w Niemczech, znaleźli obiekt na orbicie wokół szybko wirującego milisekundowego pulsara znajdującego się około 40 tysięcy lat świetlnych od Ziemi, w jednej z gromad kulistych.

Korzystając z przypominających zegar tyknięć milisekundowego pulsara, badacze wykazali, że masywny obiekt znajduje się w tak zwanej luce masowej czarnej dziury. Może to być pierwsze odkrycie tak pożądanej radiowej pary pulsar-czarna dziura, która może umożliwić nowe testy ogólnej teorii względności Einsteina i otworzyć drzwi do badania czarnych dziur. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science.

„Każda z możliwości dotyczących natury towarzysza jest ekscytująca. Układ pulsar-czarna dziura będzie ważnym celem do testowania teorii grawitacji, a ciężka gwiazda neutronowa zapewni nowy wgląd w fizykę jądrową przy bardzo dużych gęstościach” – mówi Ben Stappers, profesor astrofizyki na Uniwersytecie w Manchesterze.

Gdy gwiazda neutronowa, bardzo gęsta pozostałość po martwej gwieździe, nabiera zbyt dużej masy, zwykle w wyniku pochłonięcia lub zderzenia z inną gwiazdą, zapada się. To, czym staje się gwiazda neutronowa po zapadnięciu, jest tematem wielu spekulacji naukowców, ale uważają oni, że może stać się czarną dziurą, obiektem tak ciężkim, że nawet światło nie może z niej uciec z jego pola grawitacyjnego.

Astronomowie uważają, że całkowita masa wymagana do zapadnięcia się gwiazdy neutronowej jest 2,2 razy większa od masy Słońca. Według obecnej teorii, popartej obserwacjami, najlżejsze czarne dziury tworzone przez gwiazdy są znacznie większe, około pięć razy bardziej masywne niż Słońce, co daje początek tak zwanej „luce masowej czarnych dziur”.

Natura zwartych obiektów w tej luce jest nieznana, a szczegółowe badania do tej pory okazały nic nie wykazały. Nowe odkrycie może pomóc w ostatecznym zrozumieniu tych obiektów.

„Zdolność niezwykle czułego teleskopu MeerKAT do ujawnienia i zbadania tych obiektów jest wielkim krokiem naprzód i daje nam wgląd w to, co będzie możliwe do zaobserwowania” – mówi prof. Stappers.

Odkrycia obiektu dokonano podczas obserwacji dużej gromady gwiazd znanej jako NGC 1851, znajdującej się w południowym gwiazdozbiorze Columba, przy użyciu teleskopu MeerKAT.

Gromada kulista NGC 1851 jest zbiorem starych gwiazd, które znajdują się znacznie bliżej siebie niż gwiazdy w pozostałych częściach galaktyki. Gromada jest tak zatłoczona, że gwiazdy mogą na siebie oddziaływać, zakłócając orbity, a w najbardziej ekstremalnych przypadkach zderzać się ze sobą.

Astronomowie z grupy badawczej Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM) uważają, że to właśnie takie zderzenie dwóch gwiazd neutronowych doprowadziło do powstania masywnego obiektu, który obecnie krąży wokół radiowego pulsara.

Badacze byli w stanie wykryć słabe impulsy jednej z gwiazd, identyfikując ją jako pulsar radiowy – rodzaj gwiazdy neutronowej, która wiruje szybko i świeci wiązkami światła radiowego. Pulsar obraca się ponad 170 razy na sekundę, a każdy obrót generuje rytmiczny impuls, przypominający tykanie zegara. Odstępy między impulsami są niezwykle regularne, a obserwując, jak zmienia się ich czas, przy użyciu techniki zwanej pulsar timing, naukowcy byli w stanie dokonać niezwykle precyzyjnych pomiarów jego ruchu orbitalnego.

Regularny pomiar czasu pozwolił również na bardzo precyzyjne określenie 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 miał masę, która była jednocześnie większa niż masa jakiejkolwiek znanej gwiazdy neutronowej, a jednocześnie mniejsza niż masa odkrytych do tej pory czarnych dziur, umieszczając ją dokładnie w luce masowej.

Badacze nie mogą jednoznacznie stwierdzić, czy dzięki MeerKAT, odkryli najbardziej masywną znaną gwiazdę neutronową, najlżejszą znaną czarną dziurę, czy nawet nowy egzotyczny wariant gwiazdy, pewne jest to, że odkryli unikalny obiekt do badań właściwości materii w najbardziej ekstremalnych warunkach we Wszechświecie.

Emil Gołoś