Najhmotnejšia neutrónová hviezda

Priemerná neutrónová hviezda porovnaná s veľkosťou mesta New York

Astronómovia sú o krok bližšie k pochopeniu životného cyklu hviezd. Pri pozorovaní vzdialeného hviezdneho systému našli objekt, ktorý by mohol byť najhmotnejšou doteraz pozorovanou neutrónovou hviezdou.

Vesmír je zaplnený aj čudnými a neobvyklými telesami. Taký je aj nedávno identifikovaný objekt, ktorý by mohol pomôcť osvetliť nejasnú hranicu medzi čiernymi dierami a neutrónovými hviezdami. Neutrónové hviezdy podobné tejto novoobjavenej – označenej J0740+6620 – sú zvyšky po kedysi živých hviezdach. Hviezdy svietia milióny až miliardy rokov, ale všetky raz vyčerpajú svoje jadrové palivo. Niektoré hviezdy, presnejšie tie s počiatočnou hmotnosťou 8 až 30 hmotností Slnka, skončia svoj život ako neutrónové hviezdy. Menej hmotné hviezdy podobné Slnku sa stanú bielymi trpaslíkmi a hmotnejšie zasa skolabujú na čierne diery.

Záblesky namierené na Zem

Neutrónová hviezda je extrémne hustá, má hmotnosť väčšiu než naše Slnko, ale jej veľkosť sa meria len na desiatky kilometrov. Zvyšok hmoty z pôvodnej hviezdy odfúkol výbuch supernovy, pričom táto explózia po sebe zanechá husté jadro bohaté na železo. Jadro však obsahuje toľko hmoty, že sa zmrští a pritom splynú protóny a elektróny a vzniknú neutróny. Niektoré neutrónové hviezdy podobne ako aj J0740+6620 rýchlo rotujú okolo svojej osi a vyžarujú záblesky žiarenia zo svojich pólov. Takéto neutrónové hviezdy nazývame pulzary. A práve toto pulzovanie je kľúčom k charakterizovaniu objektu J0740+6620. Novoobjavená neutrónová hviezda nie je osamotená. Je súčasťou dvojhviezdy obsahujúcej ešte menej hmotného bieleho trpaslíka. Jeden z pólov pulzaru J0740+6620 mieri k Zemi, pričom nás svojimi rádiovými signálmi pri každej otáčke zasahuje. Vzdialenosť pulzara od nás je 4 600 svetelných rokov a doba rotácie je na milisekundovej škále, t. j. rýchlosť je rádovo stovky otáčok za sekundu. Vedci na sledovanie novoobjaveného pulzara použili rádioteleskop v Green Banku (štát Západná Virgínia, USA). Keď biely trpaslík prechádza popred pulzar, jeho gravitácia zapríčiní jemnú odchýlku v pravidelnosti rádiových impulzov pulzara (ich oneskorenie) známu pod názvom Shapirov efekt. Vedecký tím meral toto oneskorenie, ktoré predstavovalo rozdiel len okolo jednej stotisíciny sekundy.

Umelecká predstava mladej neutrónovej hviezdy – pulzara

Život a smrť hviezd

Shapirov efekt nám dodal dôležitú informáciu: hmotnosť bieleho trpaslíka. A keď vieme hmotnosť jedného telesa v dvojhviezdnom systéme, je veľmi jednoduché určiť hmotnosť druhého, lebo súčet hmotností oboch telies sa dá vypočítať z tretieho Keplerovho zákona. Stačí, ak poznáme periódu obehu a veľkú polos dráhy, alebo ak máme nameranú krivku radiálnych rýchlostí (t. j. rýchlosť v smere zorného lúča v závislosti od času) a poznáme periódu obehu. Takto sa pre neutrónovú hviezdu J0740+6620 podarila určiť hmotnosť na 2,14 hmotností Slnka, čo je veľmi tesne pri teoretickej hornej hranici hmotnosti neutrónových hviezd, ktorá sa odhaduje na 2,3 hmotností Slnka. Niektoré štúdie síce hovoria o neutrónových hviezdach s hmotnosťou až 2,4 – 2,5 hmotností Slnka, ale ich hmotnosti neboli namerané tak presne ako v tomto prípade. V súčasnosti nevieme úplne presne, aká môže byť maximálna hmotnosť neutrónových hviezd, ale zatiaľ sme neobjavili ani jednu čiernu dieru s hmotnosťou blížiacou sa k piatim hmotnostiam Slnka. Čo sa deje v oblasti hmotností medzi týmito dvoma hodnotami (2,3 až 5 hmotností Slnka), zostáva naďalej záhadou, ale štúdiom pulzara J0740+6620 by sme mohli vrhnúť trocha svetla na tajomstvo života a smrti hviezd.

RNDr. Zdeněk Komárek
Ilustrácie NASA, extremetech.com

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 1/2020. Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Komentáre