Najwolniejsza w historii gwiazda neutronowa została znaleziona na kosmicznym cmentarzu

Według międzynarodowego zespołu naukowców niezwykły pulsujący sygnał radiowy wydobywający się z „gwiezdnego cmentarza” może być dowodem na istnienie nowej klasy gwiazd neutronowych. Sygnał pulsara pochodzi z 53-milionowej gwiazdy neutronowej, która obraca się raz na 76 s – co czyni ją najwolniej obracającą się gwiazdą neutronową, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Gwiazda została oznaczona jako PSR J0901-4046 i została znaleziona przez Surykatka radioteleskop w RPA.

Gwiazda neutronowa to obiekt o masie podobnej do Słońca, ale zgnieciony grawitacyjnie do średnicy około 20 km. Gdy gwiazda jest ściskana, zachowywany jest moment pędu, co oznacza, że ​​prędkość obrotowa gwiazdy wzrasta – podobnie jak kręcąca się łyżwiarka figurowa przyspiesza, gdy wciąga ręce do środka.

Wiadomo, że rotujące gwiazdy neutronowe emitują wiązki fal radiowych, które pojawiają się jako impulsy dla obserwatorów na Ziemi. Proces emisji radiowej jest napędzany przez obrót gwiazdy, a ten transfer energii ostatecznie spowalnia obrót do punktu, w którym oczekuje się, że emisje ustaną.

Nieoczekiwane pulsacje

„Zaskakujące w tym odkryciu jest to, że znajduje się ono na cmentarzysku gwiazd neutronowych. To sprawia, że ​​jest wyjątkowy” – wyjaśnia Manisha Kaleb na Uniwersytecie w Sydney, który był głównym badaczem projektu. „Nie spodziewamy się w tym regionie żadnych pulsacji radiowych. To odkrycie otworzyło cały niezbadany region, w którym wcześniej nie szukaliśmy gwiazd neutronowych”.

„To jak dotąd najwolniejsza znana gwiazda neutronowa” – dodaje Caleb, główny autor artykułu w Natura Astronomia  który opisuje odkrycie. „Sam fakt, że emituje fale radiowe, podważa nasze zrozumienie, jak starzeją się gwiazdy neutronowe”.

Najwolniejsza wcześniej dostrzeżona gwiazda neutronowa ma okres 23.5 s, co oznacza, że ​​to nowe znalezisko jest około trzy razy wolniejsze. PSR J0901-4046 wydaje się mieć co najmniej siedem różnych typów impulsów, z których niektóre są silnie okresowe. Ta różnorodność rodzajów impulsów jest czymś, co zdaniem naukowców nigdy wcześniej nie było widziane.

Impulsy quasiperiodyczne

„Żadna inna znana gwiazda neutronowa nie wykazuje takiej różnorodności. „quasiperiodyczny” typ impulsu może być spowodowany drganiami sejsmicznymi lub oscylacjami gwiazdy neutronowej – co może być ważną wskazówką na temat mechanizmu emisji wytwarzającego te rozbłyski” – mówi Caleb. „To początek nowej klasy gwiazd neutronowych. Jak lub czy odnosi się to do innych klas, jeszcze nie zostało zbadane.

Caleb, poprzednio z Uniwersytetu w Manchesterze, wyjaśnia, że ​​obserwacja wymagała więcej niż odrobiny szczęścia. „Fakt, że źródło jest „włączone” tylko przez około 0.5% okresu rotacji, oznacza, że ​​mieliśmy szczęście, że promień przeciął Ziemię” – powiedziała. „Być może brakuje nam całej populacji tych obiektów, o których do tej pory nawet nie wiedzieliśmy, że istnieją”.

„Pulsary to gwiazdy neutronowe z wiązkami promieniowania wychodzącymi z ich biegunów magnetycznych, które przesuwają się po Ziemi podczas obrotu, umożliwiając astronomom wykrywanie ich jako serii regularnych impulsów” – współautor publikacji Natura Astronomia astrofizyk z gazety i Uniwersytetu Oksfordzkiego, Iana Heywooda, powiedziała Fizyka Świat. „Możemy użyć radioteleskopów do pomiaru czasu rotacji takich gwiazd neutronowych z niezwykłą precyzją, dzięki czemu pulsary są niezwykle korzystnymi zasobami do testowania wielu aspektów astrofizyki i fizyki fundamentalnej”.

Przypadkowe i fundamentalne

Heywood dodaje, że dwie podstawowe rzeczy, które naukowcy mogą zaobserwować w gwiazdach neutronowych, to tempo ich rotacji i tempo, w jakim ta rotacja zwalnia.

„Teorie dotyczące gwiazd neutronowych przewidują, że dla niektórych kombinacji tych dwóch wartości emisja radiowa zostanie wyłączona, a wiązki znikną” – mówi. „Fakt, że widzimy emisję radiową z tego obiektu o tak długim okresie rotacji, podważa niektóre z tych teorii”.

Heywood zwraca uwagę, że wartości szybkości rotacji i spowolnienia PSR J0901-4046 — technicznie określane jako przestrzeń parametrów — wyróżniają go jako coś nowego.

„Różne klasy pulsujących gwiazd neutronowych zajmują dość wyraźne obszary przestrzeni parametrów, a to odkrycie zmierza w kierunku regionów, które nie zawierają żadnej znanej klasy gwiazd neutronowych” – wyjaśnia Heywood. „Być może nie jest to nowa klasa gwiazd neutronowych, ale raczej nasze zrozumienie obecnej znanej populacji jest niekompletne. Tak czy inaczej, to odkrycie kwestionuje nasze rozumienie tego typu obiektów”.

Naukowcy twierdzą, że dzięki pełnemu wykorzystaniu danych z MeerKAT i połączeniu technik obserwacyjnych z projektów teleskopu MeerTRAP i ThunderKAT, mają nadzieję na poszukiwanie większej liczby obiektów, takich jak PSR J0901-4046.

„Znalezienie większej liczby takich gwiazd neutronowych może okazać się kluczowe dla naszego zrozumienia galaktycznej populacji gwiazd neutronowych” – podsumowuje Caleb.