(Pitris/iStock) Astronomen haben identifiziert, was am massereichsten sein könnte Neutronenstern miteinander ausgehen.
Es ist ein Drücken Sie , mit dem Namen J0740+6620, und Diskrepanzen im Timing seiner Pulse haben es ermöglicht, seine Masse auf das 2,14-fache der Masse der Sonne zu berechnen, verpackt in einem Stern mit einem Durchmesser von nur 30 Kilometern (19 Meilen).
Um das ins rechte Licht zu rücken: Die Sonne hat einen Durchmesser von 1,391 Millionen km (~864.000 Meilen).
Diese Messungen machen J0740+6620 zum ersten gemessenen Neutronenstern mit mehr als zwei Sonnenmassen 68-Prozent-Konfidenzintervall , und bringt es schneidend nahe an die Obergrenze rotierender Neutronensterne von 2,3 Sonnenmassen letztes Jahr berechnet bezogen auf Gravitationswelle Astronomie.
Und das könnte uns dem Verständnis der Obergrenzen dieser extremen Objekte näher bringen.
Neutronensterne entstehen aus Sternen, die zwischen etwa 100 km² entstehen 8 und 30 Mal die Masse der Sonne. Wenn diese Sterne sterben, schleudern diese Sterne ihr äußeres Material durch eine Reihe thermonuklearer Explosionen in den Weltraum und verschmelzen dabei jedes letzte Stück verfügbares Material in ihren verbleibenden Kernen.
Sobald der Kern vollständig zu Eisen verbrannt ist, fällt der Druck, der ihn aufrechterhält, ab, und der Kern kollabiert, wobei die Neutronen zusammengepackt werden, bis sie den kleinstmöglichen Raum einnehmen. Das resultierende Objekt hat die Dichte eines Atomkerns.
Dies ähnelt dem Prozess, der a erzeugt schwarzes Loch , was bei massereicheren Objekten auftritt; Unten wurde jedoch kein Schwarzes Loch entdeckt 5 Sonnenmassen .
Was zwischen der Obergrenze des Neutronensterns und der Untergrenze des Schwarzen Lochs passiert, ist immer noch ein Rätsel – aber eines, das massereiche Neutronensterne etwas Licht ins Dunkel bringen könnten.
Wie Astronomen die Masse von J0740+6620 berechneten, ist wirklich clever – und hängt stark von den Eigenschaften und der Ausrichtung des Sterns von der Erde aus ab.
J0740+6620, etwa 4.500 Lichtjahre entfernt, ist ein Millisekundenpulsar. Das bedeutet, dass es sich wahnsinnig schnell dreht und so geneigt ist, dass Strahlen heller Radiowellen, die von seinen Magnetpolen ausgehen, bei jeder Drehung an der Erde vorbeistreichen – im Millisekundenbereich. ( So klingt das, in Audio übertragen .)
Die Regelmäßigkeit dieser Impulse kann für verschiedene Anwendungen genutzt werden, aber wenn sie leichte Unregelmäßigkeiten aufweisen, kann das auch wirklich aufschlussreich sein.
Der Pulsar befindet sich in einem Doppelsternsystem mit einem Weißen Zwerg, und das bringt uns zum zweiten Teil des Puzzles: Das System liegt direkt an der Erde, sodass der Weiße Zwerg zwischen uns und dem Pulsar vorbeizieht – was als Transit bezeichnet wird .
Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Thankful Cromartie vom National Radio Astronomy Observatory der University of Virginia hat die Masse des Pulsars gemessen, weil die Schwerkraft des Weißen Zwergs die Regelmäßigkeit der Pulse ein wenig stört.
( Yukterez/Wikimedia Commons )
Diese Störung wird als bezeichnet Shapiro-Zeitverzögerung (oben animiert), und es tritt auf, wenn der Weg des Lichts vom Pulsar durch die Schwerkraft des Weißen Zwergs gebogen wird, wodurch die Reise zur Erde etwas länger dauert, wenn der Weiße Zwerg zwischen uns und dem Pulsar vorbeizieht. Und wir meinen leicht – der Unterschied beträgt nur 10 Millionstelsekunden.
Cromartie und ihr Team kombinierten Umfragedaten aus fünf Jahren mit zwei speziellen Beobachtungskampagnen und konnten den genauen Zeitpunkt der Verzögerung bestimmen. Dadurch konnten sie herausfinden, wie stark die Schwerkraft des Weißen Zwergs die Raumzeit krümmte, was wiederum Rückschlüsse auf die Masse des Weißen Zwergs ermöglichte.
Sobald die Masse eines Objekts in einem binären System bekannt ist, ist die Berechnung der Masse des anderen Objekts ein unkomplizierter Prozess – es ergibt sich eine Masse von 2,14+0,10−0,09 M⊙ innerhalb des 68,3-Prozent-Glaubwürdigkeitsintervalls.
Wir wissen eigentlich nicht, wie massiv ein Neutronenstern werden kann. Die häufig genannte Zahl liegt bei 3 Sonnenmassen, aber die Wahrheit ist, dass keine mit mehr als 2,5 Sonnenmassen nachgewiesen wurde.
Der massereichste Neutronenstern könnte sein PSR J2215+5135 , ein Pulsar mit einer geschätzten Masse von 2,27 Sonnenmassen, gemessen mit Magnesiumlinien; oder PSR B1957+20 , mit einer geschätzten Masse von bis zu 2,4 Sonnenmassen, basierend auf der aus Spektren abgeleiteten Radialgeschwindigkeit. Das Team stellte fest, dass beide Methoden weniger zuverlässig sind als die Präzision, die die Funkzeitmessung bietet.
Es gibt auch die etwas weniger massive Variante PSR J0348+0432 , mit 2,01 Sonnenmassen, ebenfalls berechnet unter Verwendung der Shapiro-Zeitverzögerung.
Unabhängig davon, ob dieser neueste Pulsar der bisher massereichste Neutronenstern ist oder nicht, wird uns die Forschung mit Sicherheit mehr über diese rätselhaften Sterne lehren.
„Neutronensterne sind ebenso mysteriös wie faszinierend“ sagte Cromartie .
„Diese stadtgroßen Objekte sind im Wesentlichen riesige Atomkerne.“ Sie sind so massiv, dass ihr Inneres seltsame Eigenschaften annimmt. „Die Ermittlung der maximalen Masse, die die Physik und die Natur zulassen, kann uns viel über diesen ansonsten unzugänglichen Bereich der Astrophysik lehren.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .