Astrofysik i kris? Mystiskt föremål upptäckt som kan förändra allt

By | February 3, 2024

Förbi

Forskare har identifierat ett gåtfullt kosmiskt system som kan innehålla ett objekt som överbryggar gapet mellan neutronstjärnor och svarta hål, utmanar befintliga astrofysiska klassificeringar och fördjupar vår förståelse av kosmiska extremer. Kredit: SciTechDaily.com

Astronomer upptäcker ett himlaobjekt som trotsar klassificeringen, och upptäcker möjligen en ny typ av kosmisk varelse i utkanten av känd fysik.

Ibland stöter astronomer på föremål på himlen som vi inte enkelt kan förklara. I vår nya forskning, publicerad i VetenskapVi rapporterar en sådan upptäckt, som sannolikt kommer att väcka debatt och spekulationer.

Neutronstjärnor är några av de tätaste objekten i universum. Lika kompakta som en atomkärna, men stora som en stad, överskrider de gränserna för vår förståelse av extrem materia. Ju tyngre en neutronstjärna är, desto mer sannolikt är det att den så småningom kollapsar och blir något ännu tätare: ett svart hål.

Mystiskt föremål i Vintergatan

Konstnärens intryck av systemet som antar att den massiva följeslagaren är ett svart hål. Den ljusaste stjärnan i bakgrunden är dess orbitala följeslagare, radiopulsaren PSR J0514-4002E. De två stjärnorna är åtskilda av 8 miljoner kilometer och cirklar var sjunde dag. Kredit: Daniëlle Futselaar (artsource.nl)

Kanten av förståelse: neutronstjärnor och svarta hål

Dessa astrofysiska objekt är så täta och deras gravitationskrafter så starka att deras kärnor (vad de än kan vara) är permanent dolda från universum av händelsehorisonter: ytor av perfekt mörker från vilka ljus inte kan fly.

Om vi ​​någonsin vill förstå fysiken vid vändpunkten mellan neutronstjärnor och svarta hål måste vi hitta objekt vid denna gräns. I synnerhet behöver vi hitta föremål som vi kan göra exakta mätningar av under långa tidsperioder. Och det är precis vad vi har hittat: ett föremål som inte uppenbarligen är ett Caldwell 73 NGC 1851 Hubble

Hubble Space Telescope-bild av klothopen NGC 1851. Kredit: NASA, ESA och G. Piotto (Università degli Studi di Padova); Bearbetning: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

En kosmisk dans i NGC 1851

Det var genom att titta djupt in i stjärnhopen NGC 1851 som vi såg vad som ser ut att vara ett par stjärnor som ger ny insikt om extremerna av materia i universum. Systemet består av en millisekund. MeerKAT radioteleskop

Teamet använde det känsliga MeerKAT-radioteleskopet, beläget i Karoo-halvöknen i Sydafrika. Kredit: SARAO

Avslöjar mysteriet med MeerKAT

Vårt internationella team av astronomer har använt radioteleskopet MeerKAT i Sydafrika för att göra sådana observationer av systemet, kallat NGC 1851E.

Detta gjorde det möjligt för oss att exakt detaljera omloppsbanorna för de två objekten, vilket visar att deras närmaste inflygningspunkt förändras över tiden. Dessa förändringar beskrivs i Einsteins relativitetsteori och förändringshastigheten berättar om den kombinerade massan av kropparna i systemet.

Våra observationer avslöjade att NGC 1851E-systemet väger nästan fyra gånger så mycket som vår sol och att dess mörka följeslagare, precis som pulsaren, var ett kompakt föremål, mycket tätare än en normal stjärna. De mest massiva neutronstjärnorna väger runt två solmassor, så om detta vore ett dubbelt neutronstjärnsystem (system som är välkända och studerade), så skulle det behöva innehålla två av de tyngsta neutronstjärnorna som någonsin hittats.

För att upptäcka följeslagarens natur skulle vi behöva förstå hur systemets massa var fördelat mellan stjärnorna. Genom att använda Einsteins allmänna relativitetsteori igen kunde vi modellera systemet i detalj och fann att massan på dess följeslagare är mellan 2,09 och 2,71 gånger solens massa.

Massan av dess följeslagare faller inom det “svarta hålets massgap” som ligger mellan de tyngsta möjliga neutronstjärnorna, som tros vara cirka 2,2 solmassor, och de lättaste svarta hålen. som kan bildas från en stjärnkollaps, cirka 5 solceller massor. Arten och bildningen av objekten i denna lucka är en öppen fråga inom astrofysik.

Möjliga kandidater

Så vad exakt har vi hittat?

Radio Pulsar NGC 1851E och historien om bildandet av exotiska följeslagare

Potentiell bildningshistorik för radiopulsaren NGC 1851E och dess exotiska följeslagare. Kredit: Thomas Tauris (Aalborgs universitet / MPIfR)

En lockande möjlighet är att vi har upptäckt en pulsar som kretsar kring resterna av en sammanslagning (kollision) av två neutronstjärnor. Denna ovanliga konfiguration är möjlig tack vare den täta koncentrationen av stjärnor i NGC 1851.

På detta fullsatta stjärndansgolv kommer stjärnorna att snurra runt varandra och byta partners i en oändlig vals. Om två neutronstjärnor kommer för nära kommer deras dans att få ett katastrofalt slut.

Det svarta hålet som skapas av deras kollision, som kan vara mycket lättare än de som skapas av kollapsande stjärnor, är sedan fritt att vandra runt i klustret tills det hittar ett annat par dansare i valsen och, ganska oförskämt, sätter in sig själv. , och driver ut tändaren. följeslagare. i processen. Det är denna mekanism av kollisioner och utbyten som kan ge upphov till det system vi observerar idag.

Fortsätter sökandet

Vi är inte klara med detta system än. Arbete pågår redan för att definitivt identifiera den sanna naturen hos dess följeslagare och avslöja om vi har upptäckt det lättaste svarta hålet eller den mest massiva neutronstjärnan, eller kanske ingetdera.

Vid gränsen mellan neutronstjärnor och svarta hål finns alltid möjligheten att något nytt, ännu okänt, astrofysiskt objekt existerar.

Det kommer säkert att finnas en hel del spekulationer efter denna upptäckt, men vad som redan är klart är att detta system har enorma löften när det gäller att förstå vad som verkligen händer med materia i universums mest extrema miljöer.

Skriven av:

  • Ewan D. Barr – Project Scientist for Transients and Pulsars i samarbete med MeerKAT (TRAPUM), Max Planck Institute for Radio Astronomy
  • Arunima Dutta – doktorand vid institutionen för grundläggande fysikalisk forskning inom radioastronomi, Max Planck Institute for Radio Astronomy
  • Benjamin Stappers – professor i astrofysik, University of Manchester

Anpassad från en artikel som ursprungligen publicerades i The Conversation.Konversationen