Der massivste Neutronenstern wurde gefunden. Es ist FAST der massereichste Neutronenstern, der überhaupt möglich ist
Neutronensterne sind der Endzustand massereicher Sterne, die ihren Brennstoff verbraucht haben und als Supernovae explodierten. Es gibt eine Obergrenze für ihre Masse, denn ein Stern mit ausreichender Masse wird kein Neutronenstern; es wird ein schwarzes Loch. Aber das Finden dieser oberen Massengrenze oder des Kipppunkts zwischen einem Stern, der zu einem Schwarzen Loch wird, und einem Stern, der zu einem Neutronenstern wird, ist etwas, woran Astronomen noch arbeiten.
Jetzt eine neue Entdeckung von Astronomen mit der National Science Foundation (NSF) Green Bank Teleskop (GBT) haben den bisher massereichsten Neutronenstern gefunden und einige solide Daten über den sogenannten Kipppunkt bereitgestellt.
Neutronensterne bestehen aus ultradichter Materie. Sie sind eng komprimiert und sie sind die dichtesten Objekte im Universum, die aus normaler Materie bestehen. (Schwarze Löcher sind tatsächlich dichter, aber sie sind nicht normal.) Sie sind tatsächlich so dicht, dass ein Zuckerwürfel eines Neutronensterns auf der Erde etwa hundert Millionen Tonnen wiegen würde. Und sie sind in Hülle und Fülle vorhanden: Astronomen gehen davon aus, dass es allein in der Milchstraße etwa 100 Millionen davon gibt.
„Diese stadtgroßen Objekte sind im Wesentlichen riesige Atomkerne.“
Dankbar Cromartie, Hauptautor, Doktorand an der University of Virginia, Fellow am National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, Virginia.
Die Forscher hinter dieser Entdeckung sind Mitglieder der NANOGrav Physics Frontiers Center . Der von ihnen entdeckte Stern ist ein schnell rotierender Drücken Sie , der massivste, der jemals gemessen wurde. Sie heißt J0740+6620 und ist 2,17-mal so massiv wie unsere Sonne. Und all diese Masse ist in einer winzigen Kugel von nur etwa 30 km Durchmesser eingeklemmt.
Nach unserem Verständnis dieser Art von Sternen ist dieser Neutronenstern ungefähr so massereich und kompakt, wie ein Stern sein kann, bevor er zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Entsprechend LIGO , (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) und die beobachteten Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen, die 2,17-fache Masse der Sonne könnte die obere Grenze sein.
„Neutronensterne sind ebenso mysteriös wie faszinierend“, sagte Thankful Cromartie, ein Doktorand an der University of Virginia und Grote Reber-Stipendiat am National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, Virginia. „Diese stadtgroßen Objekte sind im Wesentlichen riesige Atomkerne. Sie sind so massiv, dass ihr Inneres seltsame Eigenschaften annimmt. Das Finden der maximalen Masse, die Physik und Natur erlauben, kann uns viel über diesen sonst unzugänglichen Bereich der Astrophysik lehren.“
Der von ihnen entdeckte Neutronenstern befindet sich in einem Doppelsternpaar und ist auch ein Pulsar. Beide Fakten ermöglichten es dem Team, seine Masse zu messen.
Künstlerische Illustration eines Pulsars mit Radiowellen, die von seinen magnetischen Polen kommen. Bildquelle: NASA/S. Pineault, DRAO
Pulsare senden elektromagnetische Strahlung von ihren magnetischen Polen aus. Diese Radiowellen fegen durch den Weltraum, während sich der Stern dreht. Einige von ihnen können sich sehr schnell drehen, Hunderte Male pro Sekunde. Aufgrund ihrer Geschwindigkeit und ihrer prädiktiven Regelmäßigkeit können sie verwendet werden wie Atomuhren . Astronomen können damit die Massen von Objekten im Weltraum messen.
Der andere Stern in diesem binären Paar ist a weißer Zwerg . Die beiden Sterne liegen von der Erde aus gesehen fast auf der Kante, wodurch eine Art natürliches Labor geschaffen wurde, um die Masse von J0740+6620 zu messen.
Zuerst messen sie die Masse des begleitenden Weißen Zwergsterns. Der Weiße Zwerg und der Pulsar umkreisen einen gemeinsamen Schwerpunkt. Wenn der Pulsar seine Radiowellen aussendet und sich der Weiße Zwerg zwischen Erde und Pulsar bewegt, übt die Anziehungskraft des Weißen Zwergs eine winzige Gravitationskraft auf die Radiowellen aus und zwingt sie, ein wenig weiter zu wandern. Das nennt man Shapiro-Verzögerung .
Durch die Messung dieser Verzögerung können sie die Masse des begleitenden Weißen Zwergs bestimmen. Astronomen können die Gesamtmasse des Doppelsternpaares messen, also subtrahiert man die Masse des Weißen Zwergs, so erhält man die Masse des Neutronensterns.
„Die Ausrichtung dieses Doppelsternsystems hat ein fantastisches kosmisches Labor geschaffen“, sagte Scott Ransom, Astronom am NRAO und Mitautor des Papiers. „Neutronensterne haben diesen Wendepunkt, an dem ihre innere Dichte so extrem wird, dass die Schwerkraft sogar die Fähigkeit von Neutronen überwältigt, einem weiteren Kollaps zu widerstehen. Jeder „massereichste“ Neutronenstern, den wir finden, bringt uns der Identifizierung dieses Wendepunkts näher und hilft uns, die Physik der Materie bei dieser unglaublichen Dichte zu verstehen.“
Künstlerische Darstellung des Pulses eines massereichen Neutronensterns, der durch den Durchgang eines Weißen Zwergs zwischen dem Neutronenstern und der Erde verzögert wird. Bildnachweis: BSaxton, NRAO/AUI/NSF
Der Kipppunkt oder die maximale Masse, die ein Neutronenstern haben kann, ist nur eine der Unbekannten bei Neutronensternen. Astrophysiker haben auch Fragen zur genauen Natur der Materie in diesen Sternen. Wissenschaftler glauben, dass beim Komprimieren eines Neutronensterns die Elektronen und Protonen zu Neutronen und Neutrinos zusammengedrückt werden. Die Neutrinos reisen in den Weltraum und hinterlassen nur Neutronen.
Aufgrund der extremen Schwerkraft gibt es wahrscheinlich strukturierte Schichten in einem Neutronenstern. Diese Schichten haben wahrscheinlich unterschiedliche Zusammensetzungen und Dichten. Wissenschaftler denken, dass das stärkste Material im Universum, was sie „ Nuklearpaste “ befindet sich tief in der Kruste von Neutronensternen. Aber im Moment gibt es sowieso keine Möglichkeit, es zu wissen. Alles, was Wissenschaftler tun können, ist, Neutronensterne abzuhacken und zu sehen, wohin die Beweise sie führen.
Querschnitt eines Neutronensterns. Quelle: Wikipedia Commons/Robert Schulze
Diese Ergebnisse stehen in einem neuen Artikel, der in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde. Der Titel der Arbeit lautet „ Relativistische Shapiro-Verzögerungsmessungen eines extrem massiven Millisekundenpulsars . '
Mehr:
- Papier: Relativistische Shapiro-Verzögerungsmessungen eines extrem massiven Millisekundenpulsars
- Pressemitteilung: Der massereichste Neutronenstern, der jemals entdeckt wurde, fast zu massereich, um zu existieren
- Universum heute: In der Kruste von Neutronensternen gibt es nukleare Pasta; die härteste bekannte Substanz im Universum