neutronové hvězdy

Vědci institutu kosmologie z Portsmouthu detekovali pozoruhodný signál gravitačních vln

8. 4. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert 0 komentářů 4 min read 259 Zobrazení Astrofyzika, exploze, gravitační vlny, kosmologie, LIGO, neutronové hvězdy, signál, vesmír

Nové

Minulý rok v květnu pozoroval detektor LIGO Livingston v Louisianě v USA signál gravitační vlny ze srážky s největší pravděpodobností neutronové hvězdy s kompaktním objektem, který byl 2,5 až 4,5 x větší hmotnosti, než má naše Slunce.

Co dělá tento objevený signál s názvem GW230529 zajímavým, je jeho hmotnost, jelikož spadá do možné hmotnostní mezery mezi nejtěžšími známými neutronovými hvězdami a nejlehčími černými dírami. Samotný signál gravitační vlny nemůže odhalit povahu tohoto objektu, ale budoucí detekce podobných vesmírných událostí, zejména těch, které jsou doprovázeny výbuchy elektromagnetického záření, by to mohla pomoci vyřešit.

„Tato detekce, prvních vzrušujících výsledků ze čtvrtého pozorování LIGO-Virgo-KAGRA, odhalilo, že mezi neutronovými hvězdami a černými dírami o nízké hmotnosti může docházet k vyššímu počtu podobných kolizí, než jsme si dříve mysleli,“ říká Dr. Jess McIverová, odborná asistentka Britiské univerzity Columbia a zástupkyně v pozici mluvčí LIGO.

Neutronové hvězdy a černé díry jsou husté pozůstatky masivních hvězdných explozí.

Vědci z Institutu kosmologie a gravitace (ICG) univerzity v Portsmouthu pomohli odhalit pozoruhodný signál gravitačních vln, který by mohl být klíčem k vyřešení vesmírné záhady. Objev pochází z nejnovější sady výsledků, které 5. dubna oznámili spolupracovníci LIGO – Virgo – KAGRA, která zahrnuje více než 1600 vědců z celého světa, včetně členů ICG, kteří se snaží detekovat gravitační vlny a využívat je pro základní zkoumání vědy.

Vzhledem k tomu, že tato událost byla pozorována pouze jedním detektorem gravitačních vln, posouzení, zda je skutečná nebo ne, je obtížnější.

Doktor Gareth Cabourn Davies, výzkumný softwarový inženýr v ICG, vyvinul nástroje používané k vyhledávání událostí v jediném detektoru. Řekl: „Potvrzení událostí tím, že je vidíme na více detektorech, je jedním z našich nejúčinnějších nástrojů pro oddělení signálů od šumu. Použitím vhodných modelů šumu na pozadí můžeme posoudit událost, i když nemáme jiný detektor, který by zálohoval to, co jsme viděli.“

Před detekcí gravitačních vln v roce 2015, byly hmoty černých děr s hvězdnou hmotností primárně nalezeny pomocí rentgenových pozorování, zatímco hmotnosti neutronových hvězd byly nalezeny pomocí rádiových pozorování. Výsledná měření spadala do dvou odlišných rozsahů s mezerou mezi nimi od 2 do 5 násobku hmotnosti našeho Slunce. V průběhu let zasáhlo malé množství měření do hmotnostní mezery, která zůstává mezi astrofyziky velmi diskutovaná.

Analýza signálu GW230529 ukazuje, že pochází ze sloučení dvou kompaktních objektů, jednoho s hmotností mezi 1,2 až 2,0krát větší než naše Slunce a druhého o něco více než dvakrát hmotnější.

Sloučení černé díry s nižší hmotnostní mezerou (tmavě šedý povrch) s neutronovou hvězdou s barvami od tmavě modré (60 gramů na centimetr krychlový) po bílou (600 kilogramů na centimetr krychlový) a zdůrazňují silné deformace materiál neutronové hvězdy s nízkou hustotou.

Zatímco signál gravitačních vln neposkytuje dostatek informací k tomu, aby bylo možné s jistotou určit, zda jsou tyto kompaktní objekty neutronové hvězdy nebo černé díry, zdá se pravděpodobné, že lehčí objekt je neutronová hvězda a těžší objekt černá díra. Vědci z LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration jsou přesvědčeni, že těžší objekt je v masové mezeře.

Pozorování pomocí gravitačních vln nyní poskytlo téměř 200 měření hmotností kompaktních objektů. Z nich pouze jedna další sloučení mohla zahrnovat kompaktní objekt s hmotnostní mezerou. Signál GW190814 pocházel ze sloučení černé díry s kompaktním objektem přesahujícím hmotnost nejtěžších známých neutronových hvězd a možná i uvnitř hmotnostní mezery.

„Pozorování tohoto systému má důležité důsledky jak pro teorie binární evoluce, tak pro elektromagnetické protějšky fúzí kompaktních objektů.“ Čtvrtý pozorovací běh je plánován na 20 měsíců včetně několikaměsíční přestávky na provedení údržby detektorů a provedení řady nezbytných vylepšení. Do 16. ledna 2024, kdy začala současná přestávka, bylo identifikováno celkem 81 významných signálních kandidátů. GW230529 je první z nich, která byla zveřejněna po podrobném prozkoumání.

Čtvrtý pozorovací běh bude pokračovat 10. dubna 2024, přičemž detektory LIGO Hanford, LIGO Livingston a Virgo budou pracovat společně. Běh bude pokračovat do února 2025 bez dalších plánovaných přestávek v pozorování. Do konce čtvrtého pozorovacího běhu v únoru 2025 by měl celkový počet pozorovaných signálů gravitačních vln překročit 200.

Zdroj: Tisková zpráva Eureka Alert s volným přístupem.

Nově objevený astronomický objekt je přímo na hraně dvou extrémních možností

23. 1. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka 1 komentář 3 min read 291 Zobrazení černá díra, hodiny vesmíru, neutronové hvězdy, PSR J0514−4002E, pulsary, rotace

Nové TOP 10 Vesmír

Nebeské těleso je buď nejtěžší neutronová hvězda, nebo nejlehčí černá díra, jaká kdy byla pozorována

Astronomie je plná záhadných objektů a mezinárodní tým výzkumníků právě přidal další šťavnatý úlovek: Hustý kompaktní objekt, který byl spatřen obíhající kolem pulsaru. To samo o sobě není tak převratné, ale hmota tohoto objektu záhadná je. Je totiž v tzv. hmotové mezeře. Výzkumníci buď pozorují nejtěžší známou neutronovou hvězdu, nebo nejlehčí černou díru, píše IFL Science.

Když hvězdy, mnohem těžší než Slunce, přejdou na supernovu, mohou vytvořit dva různé typy objektů. Pokud nejsou příliš velké, zhroutí se na neutronovou hvězdu. Neutronové hvězdy jsou hvězdné objekty tvořené pouze neutrony (částice ve středu atomu s nulovým elektrickým nábojem) a mají neuvěřitelnou hustotu. Lžička hmoty neutronových hvězd má hmotnost podobnou hmotnosti hory.

Neutronové hvězdy mohou mít různé vlastnosti. Pulsary jsou typem neutronové hvězdy, která se rychle točí kolem své osy a vydává periodické pulsace. Milisekundové pulsary, jako je objekt v této studii (nazývaný PSR J0514−4002E), rotují stovkykrát za sekundu. Fungují jako jedny z nejpřesnějších hodin ve vesmíru.

Dalším hustým objektem, který může supernova vytvořit, je černá díra – objekt tak hustý, že nic, ani světlo, nemůže uniknout. Pozorování a teorie uvádějí, že nejtěžší možná neutronová hvězda má 2,2násobek hmotnosti Slunce. Očekává se, že nejlehčí černá díra bude mít asi pětkrát větší hmotnost než Slunce. Mezi tím je hmotnostní mezera , kde se očekává, že objekt bude černá díra, pokud nám něco nechybí ve fyzice neutronových hvězd.

Společník pulsaru má v tomto případě hmotnost mezi 2,09 a 2,71 násobkem hmotnosti našeho Slunce. Mohl by to být systém s pulsarem a černou dírou, nebo jeden s neutronovými hvězdami, z nichž jedna pulzuje.

„Každá možnost pro povahu společníka je vzrušující.“ Systém pulsar-černá díra bude důležitým cílem pro testování teorií gravitace a těžká neutronová hvězda poskytne nové poznatky v jaderné fyzice při velmi vysokých hustotách,“ uvedl spoluautor profesor Ben Stappers z Manchesterské univerzity v prohlášení.

Pulsar se otáčí (a tak pulsuje) 170krát za sekundu, což bylo pozorováno rádiovou observatoří MeerKAT. Studiem drobných variací tohoto rytmického signálu byli vědci schopni odhadnout vlastnosti systému. Dosažená přesnost je neuvěřitelná vzhledem k tomu, že tato dvě nebeská tělesa jsou 40 000 světelných let daleko.

„Představte si to, jako byste byli schopni vypustit téměř dokonalé stopky na oběžnou dráhu kolem hvězdy vzdálené téměř 40 000 světelných let a pak být schopni tyto dráhy načasovat s mikrosekundovou přesností,“ dodal Ewan Barr z Max Planckova institutu pro Radio Astronomy, který vedl výzkumné studium se svou kolegyní Arunimou Duttou.

Tým věří, že společník není přímým důsledkem supernovy, ale že to byly původně dvě neutronové hvězdy, které se spojily do tohoto masivního objektu.

Mohlo by se zdát zvláštní mít tři neutronové hvězdy v jednom systému, ale tento objekt je v kulové hvězdokupě. Toto je sférická sbírka hvězd s mnohem vyšší hustotou než jiná místa v galaxii, jako je naše sousedství. Je běžné, že mnoho hvězd interaguje v kulových hvězdokupách. Takové interakce pravděpodobně vedly ke vzniku neuvěřitelného objektu. A i když zatím přesně nevíme, co to je, vědci jsou odhodláni to zjistit.

„Ještě jsme s tímto systémem neskončili,“ uzavřel Arunima Dtta. „Odhalení skutečné povahy společníka bude [bude] bodem obratu v našem chápání neutronových hvězd, černých děr a čehokoli jiného, co by se mohlo skrývat v masové mezeře černé díry.“

Článek popisující tento výzkum je publikován v časopise Science