Astrofysica in crisis? Er is een mysterieus object ontdekt dat alles kan veranderen

By | February 3, 2024

Van

Onderzoekers hebben een mysterieus kosmisch systeem geïdentificeerd dat mogelijk een object bevat dat de kloof tussen neutronensterren en zwarte gaten overbrugt, waardoor bestaande astrofysische classificaties worden uitgedaagd en ons inzicht in kosmische extremen wordt verdiept. Fotocredit: SciTechDaily.com

Astronomen ontdekken een hemellichaam dat classificatie tart, en ontdekken mogelijk een nieuw type kosmische entiteit op de rand van de bekende natuurkunde.

Soms komen astronomen objecten in de lucht tegen die we niet gemakkelijk kunnen verklaren. In ons nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Wetenschapwij rapporteren een dergelijke ontdekking, die waarschijnlijk tot discussie en speculatie zal leiden.

Neutronensterren behoren tot de dichtste objecten in het heelal. Zo compact als een atoomkern en toch zo groot als een stad, ze verleggen de grenzen van ons begrip van extreme materie. Hoe zwaarder een neutronenster is, hoe waarschijnlijker het is dat hij uiteindelijk instort en iets wordt dat nog dichter is: een zwart gat.

Mysterieus object in de Melkweg

Een artistieke impressie van het systeem, ervan uitgaande dat de massieve begeleidende ster een zwart gat is. De helderste achtergrondster is zijn orbitale metgezel, de radiopulsar PSR J0514-4002E. De twee sterren staan ​​8 miljoen kilometer uit elkaar en draaien elke zeven dagen om elkaar heen. Fotocredit: Daniëlle Futselaar (artsource.nl)

De rand van begrip: neutronensterren en zwarte gaten

Deze astrofysische objecten zijn zo compact en hun zwaartekracht zo sterk dat hun kernen, wat ze ook mogen zijn, permanent worden afgeschermd van het universum door waarnemingshorizon: oppervlakken van volledige duisternis waaruit geen licht kan ontsnappen.

Als we ooit de natuurkunde op het omslagpunt tussen neutronensterren en zwarte gaten willen begrijpen, moeten we objecten op deze grens vinden. We moeten vooral objecten vinden waaraan we over langere tijd nauwkeurige metingen kunnen doen. En dat is precies wat we hebben gevonden: een object dat er duidelijk niet één is Caldwell 73 NGC 1851 Hubble

Hubble-ruimtetelescoopopname van de bolvormige sterrenhoop NGC 1851. Beeldcredits: NASA, ESA en G. Piotto (Università degli Studi di Padova); Redactie: Gladys Kober (NASA/Katholieke Universiteit van Amerika)

Een kosmische dans in NGC 1851

Toen we diep in de sterrenhoop NGC 1851 keken, ontdekten we wat leek op een paar sterren, wat een nieuwe kijk bood op de uitersten van materie in het universum. Het systeem bestaat uit één milliseconde MeerKAT-radiotelescoop

Het team maakte gebruik van de gevoelige MeerKAT-radiotelescoop, gelegen in de Karoo-halfwoestijn in Zuid-Afrika. Fotocredit: SARAO

Het geheim onthullen met MeerKAT

Ons internationale team van astronomen gebruikte de MeerKAT-radiotelescoop in Zuid-Afrika om dergelijke waarnemingen te doen van het systeem dat bekend staat als NGC 1851E.

Hierdoor konden we de banen van de twee objecten nauwkeurig beschrijven en aantonen dat hun punt van dichtste nadering in de loop van de tijd verandert. Dergelijke veranderingen worden beschreven door Einsteins relativiteitstheorie en de snelheid van een verandering vertelt ons iets over de totale massa van de lichamen in het systeem.

Uit onze waarnemingen bleek dat het NGC 1851E-systeem bijna vier keer zoveel weegt als onze zon en dat de donkere metgezel, net als de pulsar, een compact object was – veel dichter dan een normale ster. De zwaarste neutronensterren wegen ongeveer twee zonsmassa’s. Dus als het een binair neutronenstersysteem zou zijn (systemen die bekend en bestudeerd zijn), zou het twee van de zwaarste neutronensterren moeten bevatten die ooit zijn gevonden.

Om de aard van de begeleider te achterhalen, moeten we begrijpen hoe de massa tussen de sterren in het systeem is verdeeld. Met behulp van Einsteins algemene relativiteitstheorie konden we het systeem in detail modelleren en ontdekken dat de massa van de begeleider tussen 2,09 en 2,71 keer de massa van de zon bedraagt.

De massa van de metgezel ligt in de ‘zwart gat-massakloof’, die ligt tussen de zwaarst mogelijke neutronensterren, waarvan wordt aangenomen dat ze ongeveer 2,2 zonsmassa’s hebben, en de lichtste zwarte gaten die kunnen ontstaan ​​door de ineenstorting van sterren, ongeveer 5 zonsmassa’s. De aard en vorming van objecten in deze opening is een prominente vraag in de astrofysica.

Mogelijke kandidaten

Wat hebben we toen precies gevonden?

Radiopulsar NGC 1851E en de geschiedenis van de vorming van exotische begeleidende sterren

Mogelijke vormingsgeschiedenis van de radiopulsar NGC 1851E en zijn exotische begeleidende ster. Fotocredit: Thomas Tauris (Universiteit van Aalborg / MPIfR)

Een verleidelijke mogelijkheid is dat we een pulsar hebben ontdekt die rond de overblijfselen van een samensmelting (botsing) van twee neutronensterren draait. Een dergelijke ongebruikelijke configuratie wordt mogelijk gemaakt door de dichte opeenhoping van sterren in NGC 1851.

Op deze drukke, bijzondere dansvloer draaien sterren om elkaar heen en wisselen van partner in een eindeloze wals. Wanneer twee neutronensterren te dicht bij elkaar worden gegooid, eindigt hun dans catastrofaal.

Het door hun botsing gecreëerde zwarte gat, dat veel lichter kan zijn dan de gaten gevormd door instortende sterren, kan dan vrij ronddwalen door de sterrenhoop totdat het een ander paar dansers aantreft die naar binnen walsen en zichzelf tamelijk zonder pardon invoegen – waardoor de lichtere partner eruit wordt geschopt. inbegrepen. Het is dit mechanisme van botsingen en uitwisselingen dat het systeem zou kunnen creëren dat we vandaag de dag waarnemen.

Voortzetting van de zoektocht

Wij zijn nog niet klaar met dit systeem. Er wordt al gewerkt aan het definitief identificeren van de ware aard van de metgezel en om te onthullen of we het lichtste zwarte gat of de zwaarste neutronenster hebben ontdekt – of misschien geen van beide.

Op de grens tussen neutronensterren en zwarte gaten bestaat altijd de mogelijkheid dat er een nieuw, nog onbekend astrofysisch object bestaat.

Er zal zeker veel gespeculeerd worden op deze ontdekking, maar het is nu al duidelijk dat dit systeem een ​​enorme belofte in zich draagt ​​om te begrijpen wat er werkelijk met materie gebeurt in de meest extreme omgevingen van het universum.

Geschreven door:

  • Ewan D. Barr – Projectwetenschapper voor transiënten en pulsars in samenwerking met MeerKAT (TRAPUM), Max Planck Instituut voor Radioastronomie
  • Arunima Dutta – PhD-student bij de onderzoeksafdeling van fundamentele natuurkunde in radioastronomie, Max Planck Instituut voor Radioastronomie
  • Benjamin Stappers – hoogleraar astrofysica, Universiteit van Manchester

Aangepast van een artikel oorspronkelijk gepubliceerd in The Conversation.Het gesprek