Вчені виявили зірку, що обертається навколо загадкового об’єкта

Астрономи виявили нейтронну зірку, що обертається навколо таємничого об’єкта, який, за всіма ознаками, не повинен існувати. Здавалося б, невидимий у світлі та занадто малий, щоб бути чорною дірою, цей об’єкт не піддається поясненню.

За допомогою радіотелескопа MeerKAT у Південній Африці таємниця почалася, коли астрономи помітили пульсар у кульовому скупченні під назвою NGC 1851 у сузір’ї Колумба. Пульсари — це різновид нейтронних зірок, які мають сильні магнітні поля, які створюють конуси радіохвиль, що обертаються навколо, як промені маяка. Коли ці конуси опиняються обличчям до Землі, нам здається, що вони регулярно пульсують, звідси і назва.

Оскільки ці сигнали настільки стабільні та передбачувані, астрономи можуть вивчати їх час і обчислювати дивовижну кількість інформації про навколишнє середовище. У цьому випадку вони виявили, що пульсар обертається поруч з другим об’єктом – і тоді все почало ставати дивним.

«Коли ми дивилися на зображення Хаббла NGC 1851, ми нічого не бачили в цьому місці», — сказав Праджвал Вораганті Падманабх, співавтор дослідження. «Отже, об’єкт на орбіті з пульсаром — це не звичайна зірка, а надзвичайно щільний залишок колапсованої зірки».

Відомо, що ці залишки зруйнованих зірок приймають одну з двох форм: або це інша нейтронна зірка, або це чорна діра. Але є проблема – об’єкт виявився занадто масивним, щоб бути нейтронною зіркою, але недостатньо масивним, щоб бути чорною дірою.

Згідно з моделями, нейтронні зірки завжди менші приблизно за дві сонячні маси, тоді як чорні діри ніколи не стають легшими приблизно за п’ять сонячних мас. Це також підтверджується спостереженнями космосу – компактні об’єкти завжди підпадають під ту чи іншу категорію. У всякому разі, досі. Було виявлено, що цей нещодавно відкритий об’єкт має масу приблизно в 2,1–2,7 рази більшу за масу Сонця, що прямо потрапляє у встановлений «розрив мас». Це означає, що це може бути або найважча відома нейтронна зірка, або найлегша відома чорна діра – або, можливо, щось зовсім інше.

«Яким би не був цей об’єкт, це захоплююча новина», — сказав Пауло Фрейре, співавтор дослідження. «Якщо це чорна діра, то це буде перша відома система пульсар/чорна діра, яка десятиліттями була Святим Граалем пульсарної астрономії! Якщо це нейтронна зірка, це матиме фундаментальні наслідки для нашого розуміння невідомого стану матерії при такій неймовірній щільності!».

Дослідження опубліковано в журналі Science. Анімацію пропонованого формування системи можна побачити у відео нижче.

Дослідники припускають, що дивна система насправді утворилася з двох попередніх подвійних систем. Одна містила дві нейтронні зірки, які зіткнулися та злилися в одну чорну діру, меншу за середню. Інша система, тим часом містила нейтронну зірку на близькій орбіті іншої зірки, причому перша висмоктувала матеріал з другої. Цей процес, поширений у всьому космосі, передає момент імпульсу нейтронній зірці, перетворюючи її на пульсар, що швидко обертається. Інша зірка залишилася у вигляді мертвої оболонки, яка називається білим карликом.

Згодом чорна діра заблукала в подвійну систему, де складні рухи трьох тіл спричинили викид білого карлика. Це залишило систему пульсар/чорна діра, яку можна побачити сьогодні.

Це не перший об’єкт, виявлений у розриві мас. У 2019 році детектори гравітаційних хвиль зафіксували сигнали від чорної діри з 23 масами Сонця, яка поїдала щось вагою 2,6 маси Сонця. Оскільки це було знайдено лише після того, як об’єкт було знищено, ми можемо багато чому навчитися з цього. На щастя, у NGC 1851 є живий, який ми можемо продовжувати вивчати.

«Ми ще не закінчили роботу з цією системою», — сказав Аруніма Дутта, співавтор дослідження. «Розкриття справжньої природи компаньйона стане поворотним моментом у нашому розумінні нейтронних зірок, чорних дір і всього іншого, що може ховатися в розриві мас чорної діри!»