Międzynarodowy zespół naukowców odkrył najbardziej masywny układ podwójny gwiazd neutronowy dzięki projektowi przeliczania rozproszonego Einstein@home, z danych uzyskanych z radioteleskopu w Arecibo.
Prawie 25.000 lat świetlnych stąd, dwie martwe gwiazdy, każda z nich znacznie masywniejsza niż nasze Słońce, lecz o średnicy zaledwie 20 km, orbitują wokół siebie w czasie krótszym, niż 5 godzin. Ta niezwykła para skrajnych obiektów, znanych jako gwiazdy neutronowe, została odkryta przez międzynarodowy zespół naukowców - w tym także badaczy z Max Planck Institute for Radio Astronomy - oraz wolontariuszy z projektu przeliczania rozproszonego Einstein@home. Ich odkrycie jest najnowszym dodatkiem do krótkiej listy zaledwie 14 układów podwójnych tego typu oraz najbardziej masywnym z nich.
Układ podwójny gwiazd neutronowych jest ważnym kosmicznym laboratorium umożliwiającym niektóre z najbardziej precyzyjnych testów ogólnej teorii względności Einsteina. Odgrywają także istotną rolę jako potencjalne źródła fal grawitacyjnych dla detektorów LIGO. Gwiazdy neutronowe są wysoko namagnesowanymi oraz bardzo gęstymi pozostałościami po wybuchach supernowych. Jak szybko wirujące kosmiczne latarnie morskie, emitują wiązki promieni radiowych w przestrzeń kosmiczną. Jeżeli zdarzy się tak, że Ziemia znajdzie się na linii jednej z takich wiązek, wielkie radioteleskopy mogą wykryć gwiazdę neutronową jako pulsujące źródło niebieskie: pulsara radiowego.
Większość z prawie 2.500 znanych pulsarów radiowych występuje pojedynczo. Tylko 255 występuje w układach podwójnych, w towarzystwie gwiazdy i zaledwie co dwudziesty z nich orbituje wokół innej gwiazdy neutronowej. Tak rzadkie układy podwójne gwiazd neutronowych są idealnymi laboratoriami dla fundamentalnej fizyki, umożliwiającymi pomiary, które nie są możliwe do wykonania w jakimkolwiek ziemskim laboratorium. Dlatego naukowcy potrzebują tak dużych radioteleskopów, jak ten w Arecibo oraz danych z analitycznych “maszyn”, takich, jak Einstein@home, aby dowiedzieć się, jak wiele z tych ciekawych obiektów jest prawdopodobnych.
Nowe odkrycie zostało dokonane dzięki wykorzystaniu danych z radioteleskopu Arecibo. Konsorcjum PALFA i międzynarodowy zespół naukowców prowadzili badania nieba w poszukiwaniu nowych pulsarów radiowych. Przegląd PALFA odkrył dotąd 171 takich pulsarów. Dane są również analizowane przez projekt przeliczania rozproszonego Einstein@home, który dokonał 31 z tych odkryć.
Einstein@home łączy moc obliczeniową ponad 40.000 ochotników z całego świata na ich 50.000 laptopach, komputerach i smartfonach. Projekt jest jednym z największych rozproszonych a jego moc obliczeniowa 1,7 PetaFlop/s stawia go wśród 60 największych superkomputerów na świecie. Po pierwszym odkryciu układu podwójnego przez Einstein@home w lutym 2012 roku, naukowcy PALFA obserwowali układ kilkakrotnie przy użyciu radioteleskopu Arecibo, precyzyjnie mierząc orbitę pulsara radiowego, który wiruje 37 razy na sekundę. Ich obserwacje pokazały, że obiekt zwany PSR J1913+1102 składa się z dwóch gwiazd obiegających się w czasie krótszym, niż 5 godzin po nieco eliptycznej orbicie.
Naukowcy wywnioskowali, że pole magnetyczne tego pulsara jest kilka milionów razy większe od ziemskiego. Jest stosunkowo słabe jak na gwiazdę neutronową i wskazuje na akrecję materii z gwiazdy towarzyszącej w odległej przeszłości. Epizod ten mógł mieć również wpływ na to, że orbita układu stała się bardziej kołowa. Obserwowana eliptyczność orbity może świadczyć o wybuchach towarzysza jako supernowa, po czym została gwiazda neutronowa. Wybuch supernowej nie zakłócił układu podwójnego, ale przyczynił się do eliptyczności jego orbity.
Badacze zmierzyli efekt ogólnej teorii względności Einsteina w układzie podwójnym. Podobnie jak orbita Merkurego wokół Słońca, eliptyczna orbita pulsara radiowego rotuje z upływem czasu. Ale podczas, gdy orbita Merkurego zmienia się zaledwie o 0,0001 stopnia rocznie, orbita J1913+1102 zmienia się 47.000 razy szybciej: 5,6 stopnia na rok. Skala tego zjawiska zależy od łącznej masy pulsara i jego towarzysza, co umożliwia pomiary tej wielkości.
Przy całkowitej masie 2,88 masy Słońca, odkrycie to bije aktualny rekord całkowitej masy znanych układów podwójnych gwiazd neutronowych. Naukowcy spodziewają się, że pulsar jest cięższy od swojego towarzysza, ale na podstawie bieżących obserwacji nie są w stanie określić masy poszczególnych składników układu. Dalsze obserwacje pozwolą na wykonanie tych pomiarów.
Jeżeli pulsar rzeczywiście okaże się być bardziej masywny niż towarzysz, układ ten będzie różnił się znacznie od wszystkich innych znanych układów podwójnych gwiazd neutronowych. W takim przypadku będzie to najbardziej znane laboratorium do testowania teorii grawitacji alternatywnej do ogólnej teorii względności Einsteina.
Gdy gwiazdy neutronowe krążą wokół siebie, ich orbity się kurczą, ponieważ układ emituje fale grawitacyjne. Pomiary tego efektu mogą pozwolić na określenie masy zarówno pulsara jak i jego towarzysza. Naukowcy mają zamiar dowiedzieć się więcej na temat mało znanej ewolucji tego typu układów podwójnych oraz nieznanych właściwości materii w gęstych jądrach atomowych. Odkrycia takie jak to, są także interesujące dla ery astronomicznej fal grawitacyjnych, która rozpoczęła się we wrześniu 2015 roku pierwszą bezpośrednią detekcją fal grawitacyjnych.
Więcej informacji:
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Instytut Alberta Einsteina w Hannowerze
Na zdjęciu: Pulsar PSR J1913+1102 został odkryty w projekcie Einstein@home na komputerach dwóch jego uczestników, Uwe Tittmara z Niemiec i Geralda Schradera z USA. Źródło: Max Planck Institute for Gravitational Physics/B. Knispel (zdjęcie), NASA (ilustracja pulsara)
