Міжнародна група астрономів знайшла новий і невідомий об’єкт у Молочному Шляху, який масивніший за відомі наймасивніші нейтронні зорі та водночас легший за найлегші відомі чорні діри.
За допомогою радіотелескопа MeerKAT астрономи з низки установ, серед яких Манчестерський університет та Інститут радіоастрономії імені Макса Планка в Німеччині, знайшли об’єкт на орбіті навколо мілісекундного пульсара. Ці небесні тіла лежать на відстані приблизно 40 000 світлових років від Землі в щільній групі зір, відомій як кулясте зоряне скупчення.
Використавши мілісекундний пульсар як своєрідний точний годинник, науковці показали: значення маси об’єкта лежить у межах так званого розриву мас чорної діри.
Це може бути перше відкриття дуже бажаного радіопульсара — подвійної системи з чорною дірою. Такі системи цікаві для астрономів тим, що дають змогу виконувати перевірку загальної теорії відносності Айнштайна і «відчиняють двері» для вивчення чорних дір.
Збільшення масштабу кулястого скупчення NGC 1851 з подальшим моделюванням орбіти. Показано початковий пульсар — подвійну систему білого карлика. Її порушує масивне третє тіло невідомої природи, що проникло в систему. Воно викидає білого карлика з орбіти та захоплює пульсар, утворюючи нову подвійну систему. Це тіло, найімовірніше, є чорною дірою малої маси або надмасивною нейтронною зорею. Авторські права на зображення: OzGrav, Технологічний університет Суїнберна (Австралія).
Керівник проєкту у Великій Британії Бен Степперс (Ben Stappers), професор астрофізики Манчестерського університету, сказав: «Будь-яка можлива природа компаньйона є захопливою. Система пульсар — чорна діра стане важливою мішенню для перевірки теорій гравітації, а важка нейтронна зоря дасть нове розуміння ядерної фізики при дуже високій щільності.»
Коли нейтронна зоря — надщільний залишок звичайної зорі — набуває занадто великої маси, зазвичай, внаслідок поглинання або зіткнення з іншою зорею, вона руйнується. В що перетворюються такі об’єкти після колапсу, є темою багатьох припущень, але в науці прийнято вважати, що вони можуть стати чорними дірами — об’єктами з такою силою тяжіння, що навіть світло не може їх покинути.
Астрономи вважають, що загальна маса, потрібна для колапсу нейтронної зорі, в 2,2 рази перевищує масу Сонця. Теорія, підкріплена спостереженнями, говорить нам, що найлегші чорні діри, які виникають з цих зір, набагато більші, приблизно в п’ять разів масивніші, ніж Сонце. Цей парадокс називають «розрив мас чорної діри» («black hole mass gap»).
Природа компактних об’єктів у межах цього розриву маси невідома, і докладне вивчення проблеми досі є складним завданням. Відкриття об’єкта може допомогти остаточно розкрити цю таємницю.
Професор Степперс додав: «Можливість надзвичайно чутливого телескопа MeerKAT виявляти ці об’єкти дає нам змогу зробити великий крок у їх вивченні. Ми також отримуємо уявлення про те, що стане можливим за допомогою майбутнього радіотелескопа Square Kilometer Array».
Об’єкт було виявлено за допомогою телескопа MeerKAT під час спостереження великого скупчення зір, відомого як NGC 1851, розташованого в напрямку на південне сузір’я Голуба.
Кулясте скупчення NGC 1851 — це щільна сукупність старих зір, які розташовані набагато щільніше, ніж зорі в решті ділянок Галактики. В ньому так тісно, що зорі можуть взаємодіяти одна з одною, порушуючи орбіти, а в крайніх випадках — зіштовхуватися.
Астрономи, які входять до міжнародної колаборації Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM), вважають, що саме одне з таких зіткнень між двома нейтронними зорями ймовірно спричинило утворення масивного об’єкта, який зараз обертається навколо радіопульсара.
Наукова група змогла виявити слабкі імпульси від однієї із зір, ототожнивши її як радіопульсар — тип нейтронної зорі, що швидко обертається та випромінює пучки радіохвиль у Всесвіт, як космічний маяк.
На схемі показано ймовірну історію формування радіопульсара NGC 1851E та його екзотичної зорі-компаньйона. Авторські права на зображення: Thomas Tauris (Ольборзький університет / MPIfR). Фото з сайту https://phys.org.
Пульсар обертається понад 170 разів на секунду. При кожному оберті виникає ритмічний імпульс, подібний до цокання годинника. Імпульси є неймовірно регулярними. Застосувавши метод з назвою синхронізація пульсара (pulsar timing), науковці змогли зробити надзвичайно точні вимірювання його орбітального руху.
Евен Барр (Ewan Barr) з Інституту радіоастрономії Макса Планка, який керував дослідженням разом зі своєю колегою Арунімою Дуттою (Arunima Dutta), пояснив: «Уявіть це як те, що ви помістили майже ідеальний секундомір на орбіту навколо зорі, яка лежить на відстані майже 40 000 світлових років, і отримали змогу вимірювати періоди цих орбіт із точністю до мікросекунд».
Регулярна синхронізація також дала можливість дуже точно виміряти місцезнаходження системи і показати, що об’єкт на орбіті з пульсаром — це не звичайна зоря, а дуже щільний залишок зорі, яка зазнала колапсу. Спостереження також показали, що супутник має масу, яка більша, ніж маса будь-якої відомої нейтронної зорі, і натомість менша, ніж маса будь-якої відомої чорної діри. Це дає підстави помістити його прямо в розрив мас чорної діри.
Хоча наукова група не може остаточно сказати: вони виявили наймасивнішу нейтронну зорю, найлегшу з усіх відомих чорних дір чи навіть якийсь новий екзотичний варіант зорі, можна сказати напевно, що вони відкрили унікальну лабораторію для дослідження властивостей матерії в найекстремальніших умовах у Всесвіті.
Аруніма Дутта підсумовує: «Ми ще не закінчили з цією системою. Розкриття справжньої природи компаньйона стане поворотним моментом у нашому розумінні нейтронних зір, чорних дір і всього іншого, що може ховатися в розриві мас чорної діри».
Результати дослідження опубліковано в журналі Science.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
