Forskere opdager en af ​​de mest massive neutronstjerner

Ved at bruge en banebrydende metode, forskere fra Astronomy and Astrophysics Group af UPC og Canary Islands Institute of Astrophysics (IAC) har fundet en neutronstjerne på omkring 2,3 solmasser - en af ​​de mest massive nogensinde opdaget. Undersøgelsen blev offentliggjort den 23. maj i Astrofysisk Journal og åbner en ny vej til viden inden for mange områder af astrofysik og kernefysik.

Neutronstjerner (ofte kaldet pulsarer) er stjernerester, der har nået slutningen af ​​deres evolutionære liv:de skyldes døden af ​​en stjerne på mellem 10 og 30 solmasser. På trods af deres lille størrelse (ca. 20 kilometer i diameter), neutronstjerner har mere masse end solen, så de er ekstremt tætte.

Forskere fra Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) og Canary Islands Institute of Astrophysics (IAC) brugte en innovativ metode til at måle massen af ​​en af ​​de tungeste neutronstjerner, der er kendt til dato. Opdaget i 2011 og kaldet PSR J2215+5135, med omkring 2,3 solmasser er det en af ​​de mest massive af de mere end 2, 000 neutronstjerner kendt til dato. Selvom en undersøgelse offentliggjort i 2011 rapporterede bevis for en neutronstjerne med 2,4 solmasser, de mest massive neutronstjerner, der tidligere havde opnået konsensus blandt videnskabsmænd, rapporteret i 2010 og 2013, har 2 solmasser.

Undersøgelsen blev ledet af Manuel Linares, Marie-Curie-forsker fra Astronomy and Astrophysics Group (GAA), knyttet til UPC's Institut for Fysik, i samarbejde med astronomerne Tariq Shahbaz og Jorge Casares fra IAC. Forskerne brugte data fra Gran Telescopio Canarias (GTC), det største optiske og infrarøde teleskop i verden, William Herschel Telescope (WHT), Isaac Newton Telescope Group (ING) og IAC-80 teleskopet, i kombination med dynamiske modeller af binære stjerner med bestråling. En artikel, der rapporterer om resultaterne af undersøgelsen, med titlen "Peering ind i den mørke side:magnesiumlinjer etablerer en massiv neutronstjerne i PSR J2215+5135", blev offentliggjort i Astrofysisk Journal .

En banebrydende målemetode

Holdet udviklede en mere nøjagtig metode end dem, der hidtil er blevet brugt til at måle massen af ​​neutronstjerner i kompakte binære filer. PSR J2215+5135 er en del af et binært system, hvor to stjerner kredser om et fælles massecenter:en "normal" stjerne (som solen) "ledsagerer" neutronstjernen. Sekundær- eller ledsagerstjernen bestråles kraftigt af neutronstjernen.

Jo mere massiv neutronstjernen er, jo hurtigere ledsagerstjernen bevæger sig i sin bane. Den nye metode bruger spektrale linjer af brint og magnesium til at måle den hastighed, hvormed ledsagerstjernen bevæger sig. Dette gjorde det muligt for holdet ledet af Manuel Linares for første gang at måle hastigheden på begge sider af ledsagerstjernen (den bestrålede side og den skraverede side), og for at vise, at en neutronstjerne kan have mere end to gange solens masse.

Denne nye metode kan også anvendes på resten af ​​denne voksende population af neutronstjerner:i løbet af de sidste 10 år, Fermi-LAT NASA gammastråleteleskop har afsløret snesevis af pulsarer, der ligner PSR J2215+5135. I princippet, metoden kan også bruges til at måle massen af ​​sorte huller og hvide dværge (rester af stjerner, der dør med mere end 30 eller færre end 10 solmasser, henholdsvis), når de findes i lignende binære systemer, hvor bestråling er vigtig.

Tættere end en atomkerne

At kunne bestemme den maksimale masse af en neutronstjerne har meget vigtige konsekvenser for mange områder af astrofysikken, samt for kernefysik. Interaktionerne mellem nukleoner (neutronerne og protonerne, der udgør kernen i et atom) ved høj tæthed er et af fysikkens store mysterier i dag. Neutronstjerner er et naturligt laboratorium til at studere de tætteste og mest eksotiske tilstande af stof, man kan forestille sig.

Resultaterne af projektet tyder også på, at for at understøtte vægten af ​​2,3 solmasser, frastødningen mellem partikler i neutronstjernens kerne skal være tilstrækkelig stærk. Dette tyder på, at det er usandsynligt, at vi finder frie kvarker eller andre eksotiske former for stof i midten af ​​neutronstjernen.