Астрофізики виявили таємничий об’єкт, який може змінити все

Астрономи виявили небесний об’єкт, який не піддається класифікації, імовірно відкривши новий тип космічної сутності на межі відомої фізики. Іноді астрономи стикаються з об’єктами в небі, які ми не можемо легко пояснити. У нашому новому дослідженні, опублікованому в Science, ми повідомляємо про таке відкриття, яке, ймовірно, спричинить дискусію та припущення.

Нейтронні зірки є одними з найщільніших об’єктів у Всесвіті. Такі компактні, як атомне ядро, але великі, як місто, вони розширюють межі нашого розуміння екстремальної матерії. Чим важча нейтронна зірка, тим більша ймовірність, що вона врешті-решт зруйнується, перетворившись на щось ще щільніше: чорну діру.

Грань розуміння: нейтронні зірки та чорні діри

Ці астрофізичні об’єкти настільки щільні, а їхня гравітаційна сила настільки сильна, що їхні ядра – якими б вони не були – назавжди прикриті від Всесвіту горизонтами подій: поверхнями ідеальної темряви, з яких не може вийти світло.

Якщо ми хочемо колись зрозуміти фізику на переломній точці між нейтронними зірками та чорними дірами, ми повинні знайти об’єкти на цій межі. Зокрема, ми повинні знайти об’єкти, для яких ми можемо робити точні вимірювання протягом тривалого часу. І це саме те, що ми знайшли – об’єкт, який явно не є ані нейтронною зіркою, ані чорною дірою.

Космічний танець в NGC 1851

Дивлячись углиб зоряного скупчення NGC 1851, ми помітили те, що схоже на пару зірок, що пропонує новий погляд на крайні межі матерії у Всесвіті. Система складається з мілісекундного пульсара , типу швидко обертової нейтронної зірки, яка під час обертання пропускає промені радіосвітла через космос, і масивного прихованого об’єкта невідомої природи.

Масивний об’єкт темний, тобто він невидимий на всіх частотах світла – від радіо до оптичного, рентгенівського та гамма-діапазонів. За інших обставин це унеможливило б дослідження, але саме тут нам на допомогу приходить мілісекундний пульсар.

Мілісекундні пульсари схожі на космічні атомні годинники. Їх обертання неймовірно стабільні, і їх можна точно виміряти шляхом виявлення регулярного радіоімпульсу, який вони створюють. Незважаючи на те, що спостережуване обертання є стабільним, воно змінюється, коли пульсар рухається або коли на його сигнал впливає сильне гравітаційне поле. Спостерігаючи ці зміни, ми можемо вимірювати властивості тіл на орбітах з пульсарами.

Розкриття таємниці з MeerKAT

Наша міжнародна команда астрономів використовує радіотелескоп MeerKAT у Південній Африці для проведення таких спостережень за системою, яка називається NGC 1851E. Це дозволило нам точно деталізувати орбіти двох об’єктів, показавши, що точка їхнього найближчого зближення змінюється з часом. Такі зміни описуються теорією відносності Ейнштейна, і швидкість зміни говорить нам про загальну масу тіл у системі.

Наші спостереження показали, що система NGC 1851E важить майже в чотири рази більше, ніж наше Сонце, і що темний супутник, як і пульсар, був компактним об’єктом – набагато щільнішим за звичайну зірку. Наймасивніші нейтронні зірки важать приблизно дві маси Сонця, тому, якби це була система подвійних нейтронних зірок (системи, які добре відомі та вивчені), вона мала б містити дві найважчі нейтронні зірки, які коли-небудь були знайдені.

Щоб розкрити природу компаньйона, нам потрібно було б зрозуміти, як маса в системі розподілялася між зірками. Знову використовуючи загальну теорію відносності Ейнштейна, ми могли детально змоделювати систему, виявивши, що маса супутника становить від 2,09 до 2,71 маси Сонця.

Маса компаньйона знаходиться в межах «розриву мас чорної діри», який лежить між найважчими можливими нейтронними зірками, які, як вважають, мають близько 2,2 сонячних мас, і найлегшими чорними дірами, які можуть утворитися в результаті колапсу зірок, приблизно 5 сонячних мас. Природа та формування об’єктів у цій щілині є невирішеним питанням астрофізики.

Можливі кандидати

Отже, що саме ми тоді знайшли?

Приваблива можливість полягає в тому, що ми виявили пульсар на орбіті навколо залишків злиття (зіткнення) двох нейтронних зірок. Така незвичайна конфігурація стала можливою завдяки щільному розміщенню зірок у NGC 1851.

На цьому багатолюдному зірковому танцполі зірки будуть кружляти одна навколо одної, міняючись партнерами в нескінченному вальсі. Якщо дві нейтронні зірки кинуть занадто близько одна до одної, їхній танець закінчиться катастрофічно.

Чорна діра, утворена їх зіткненням, яка може бути набагато легшою, ніж ті, що утворюються від колапсуючих зірок, потім вільно блукає скупченням, доки не знайде іншу пару танцюристів у вальсі та, досить грубо, вставить себе, вигнавши легшого партнера. в процесі. Саме цей механізм зіткнень і обмінів може породити систему, яку ми спостерігаємо сьогодні.

Продовження квесту

Ми ще не закінчили цю систему. Робота вже триває, щоб остаточно визначити справжню природу компаньйона та визначити, чи ми виявили найлегшу чорну діру, чи наймасивнішу нейтронну зірку, чи, можливо, ні те, ні інше.

На межі між нейтронними зірками і чорними дірами завжди існує ймовірність існування якогось нового, поки що невідомого, астрофізичного об’єкта. За цим відкриттям обов’язково піде багато припущень, але вже ясно те, що ця система має величезні перспективи, коли справа доходить до розуміння того, що насправді відбувається з матерією в найекстремальніших середовищах у Всесвіті.