Astronomi su pomoću National Science Foundationovog Green Bank Telescopea (GBT) otkrili najmasivniju neutronsku zvijezdu pronađenu do sada. To otkriće ima jak i opsežan utjecaj na nekoliko polja fizike i astrofizike.
“Ova je neutronska zvijezda dva puta teža od našeg Sunca. To je iznenađujuće jer tolika masa znači da je nekoliko teoretskih modela sastava neutronskih zvijezda sada opovrgnuto.” izjavio je Paul Demorest iz National Radio Astronomy Observatory-a (NRAO). “Ova masa također ima utjecaj na naše razumijevanje sve tvari u ekstremno visokim gustoćama i na mnoge detalje u nuklearnoj fizici.” dodao je.
Neutronske zvijezde su super gusti “leševi” masivnih zvijezda koje su eksplodirale kao supernove. Sa svom svojom masom nabijenom u sferu veličine malenog grada, njihovi protoni i elektroni se međusobno sudaraju i tvore neutrone. Neutronska zvijezda može biti nekoliko puta gušća od atomske jezgre i jedan naprstak materijala neutronske zvijezde može težiti više od 500 milijuna tona. Nevjerojatna gustoća čini neutronske zvijezde idealnim prirodnim “laboratorijima” za proučavanje najgušćih i egzotičnih stanja tvari poznatih u fizici. Znanstvenici su koristili Einsteinovu teoriju opće relativnosti kako bi izmjerili masu neutronske zvijezde i njenog pratioca bijelog patuljka koji kruži oko nje. Neutronska zvijezda je pulsar, emitira zrake radio valova poput svjetionika koji baca svjetlost dok rotira kroz Svemir. Ovaj pulsar, nazvan PSR J1614-2230, okreće se 317 puta u sekundi a njegovom pratiocu orbita traje nešto manje od devet dana. Par, udaljen kojih 3000 svjetlosnih godina, nalazi se u orbiti koja se vidi skoro okomito sa Zemlje. Njen položaj je bio ključ za izvršenje mjerenja mase.
Kako orbita navodi bijelog patuljka direktno ispred pulsara, radio valovi koje emitira pulsar i koji dopiru do Zemlje moraju putovati jako blizu bijelom patuljku. Taj bliski prolaz uzrokuje njihovo kašnjenje pri dolasku zbog distorzije prostora i vremena uzrokovane gravitacijom bijelog patuljka. Ovaj efekt, nazvan Shapirovo kašnjenje, omogućava znanstvenicima precizno mjerenje masa obje zvijezde. “Posrećilo nam se s ovim sustavom. Brzo rotirajući pulsar nam daje signal koji možemo pratiti kroz cijelu orbitu a orbita je skoro savršeno okomita na ravninu u kojoj se nalaze Zemlja i zvijezda. K tome, bijeli patuljak je iznimno masivan za zvijezdu te vrste. Ova jedinstvena kombinacija je pojačala Shapirovo kašnjenje i time nam olakšala mjerenje.” rekao je Scott Ransom, također iz NRAO-a.
Astronomi su koristili novo ugrađeni digitalni instrument nazvan Green Bank Ultimate Pulsar Processing Instrument (GUPPI), pričvršćen na GBT, kako bi pratili binarne zvijezde kroz jednu potpunu orbitu ranije ove godine. Pomoću GUPPI-a su poboljšali višestruko vremensko mjerenje pulsarovih signala. Istraživači su smatrali da je neutronska zvijezda težila do jedne i pol mase Sunca. Umjesto toga, njihova su promatranja otkrila da je dva puta teža od Sunca. Tolika masa, tvrde, mijenja njihovo razumijevanje sastava neutronskih zvijezda. Neki teoretski modeli su postulirali da, zajedno s neutronima, takve zvijezde sadrže također i druge egzotične subatomske čestice zvane hiperoni ili kondenzate kaona.
“Naši rezultati isključuju takve modele.” ustvrdio je Ransom. Demorest i Ransom, zajedno s Timom Pennucciem sa Sveučilišta Virginia, Mallory Roberts iz Eureka Scientific-a te Jasonom Hesselsom iz Nizozemskog instituta za radio astronomiju i Sveučilišta Amsterdam, objavili su rezultate listopadnom izdanju znanstvenog časopisa Nature. Njihovi rezultati imaju daljnje implikacije, iznesene u popratnom radu koji će biti objavljen u časopisu Astrophysical Journal Letters. “Ovo mjerenje nam govori da ako postoje kvarkovi unutar neutronske jezgre, oni ne mogu biti “slobodni”, nego vjerojatno snažno međusobno djeluju jedan na drugoga kao i u normalnoj atomskoj jezgri.” rekla je Feryal Ozel sa Sveučilišta Arizona, vodeća autorica drugog rada.
Ostaje nekoliko vjerojatnih hipoteza što se tiče unutarnjeg sastava neutronskih zvijezda, ali novi rezultati ih ograničavaju kao što ograničavaju i maksimalnu moguću gustoću hladne tvari. Znanstveni utjecaj novih promatranja pomoću GBT-a se također proteže na druga polja osim utvrđivanja sadržaja tvari i ekstremne gustoće. Najpopularnije objašnjenje za uzrok jedne vrste eksplozije gamma zraka – “kratkotrajnih” eksplozija – je to da su uzrokovane sudarima neutronskih zvijezda. Činjenica da neutronske zvijezde mogu biti masivne kao PSR J1614-2230 čini to vjerojatnim mehanizmom za eksplozije gamma zraka.
Za takve sudare neutronskih zvijezda se očekuje da proizvedu gravitacijske valove koji su meta proučavanja nekoliko zvjezdarnica u Sjedinjenim Američkim Državama i Europi. Ti valovi, znanstvenici tvrde, nose dodatne vrijedne informacije o sastavu neutronskih zvijezda. “Pulsari nam općenito daju odličnu priliku za proučavanje egzotične fizike, a ovaj sustav je fantastičan laboratorij koji nam daje vrijedne informacije s velikim implikacijama.” objasnio je Ransom. “Nevjerojatno mi je da nam jedan jednostavan broj – masa neutronske zvijezde – može toliko reći o toliko različitih aspekata fizike i astronomije.” dodao je.
Izvor: National Radio Astronomy Observatory
