NASA simulering af en pulsar. (NASAs Goddard Space Flight Center) En af de mest ekstreme stjerner i Mælkevejen er lige blevet endnu mere gal.
Forskere har målt massen af en neutronstjerne opkaldt PSR J0952-0607, og fandt ud af, at det er den mest massive neutronstjerne, der er opdaget endnu, med en klokke på hele 2,35 gange Solens masse.
Hvis det er sandt, er dette meget tæt på den teoretiserede øvre massegrænse på omkring 2,3 solmasser for neutronstjerner, der repræsenterer et fremragende laboratorium til at studere disse ultra-tætte stjerner ved, hvad vi tror er randen af kollaps, i håbet om bedre at forstå den mærkelige kvantetilstand af det stof, de er lavet af.
'Vi ved nogenlunde, hvordan stof opfører sig ved nukleare tætheder, som i kernen af et uranatom,' sagde astrofysiker Alex Filippenko fra University of California, Berkeley.
'En neutronstjerne er som en kæmpe kerne, men når du har halvanden solmasse af dette stof, som er omkring 500.000 jordmasser af kerner, der alle klæber sammen, er det slet ikke klart, hvordan de vil opføre sig.'
Neutronstjerner er de kollapsede kerner af massive stjerner, der var mellem omkring 8 og 30 gange Solens masse, før de gik til supernova og blæste det meste af deres masse ud i rummet.
Disse kerner, der har en tendens til at være omkring 1,5 gange Solens masse, er blandt de tætteste objekter i universet; det eneste tættere er en sort hul .
Deres masse er pakket ind i en kugle kun 20 kilometer (12 miles) eller deromkring på tværs; ved den tæthed kan protoner og elektroner kombineres til neutroner. Det eneste, der forhindrer denne kugle af neutroner i at kollapse i et sort hul, er den kraft, det ville tage for dem at indtage de samme kvantetilstande, beskrevet som degenerationstryk.
På nogle måder betyder det, at neutronstjerner opfører sig som massive atomkerner. Men hvad der sker ved dette vendepunkt, hvor neutroner danner eksotiske strukturer eller sløres til en suppe af mindre partikler, er svært at sige.
PSR J0952-0607 var allerede en af de mest interessante neutronstjerner i Mælkevejen. Det er det, der er kendt som en trykke – en neutronstjerne, der snurrer meget hurtigt, med stråler af stråling, der udsendes fra polerne. Når stjernen snurrer, fejer disse poler forbi observatøren (os) på samme måde som et kosmisk fyrtårn, så stjernen ser ud til at pulsere.
Disse stjerner kan være sindssygt hurtige, deres rotationshastighed på millisekunders skalaer. PSR J0952-0607 er den næsthurtigste pulsar i Mælkevejen, der roterer forbløffende 707 gange i sekundet. (Den hurtigste er kun lidt hurtigere, med en rotationshastighed på 716 gange i sekundet .)
Det er også det, der er kendt som en 'sort enke'-pulsar. Stjernen er i tæt kredsløb med en binær følgesvend - så tæt på, at dens enorme gravitationsfelt trækker materiale fra følgestjernen. Dette materiale danner en tilvækstskive, der hvirvler rundt og strømmer ind i neutronstjernen, lidt som vand, der hvirvler rundt i et afløb. Vinkelmomentum fra tilvækstskiven overføres til stjernen, hvilket får dens spinhastighed til at stige.
Et hold ledet af astrofysiker Roger Romani fra Stanford University ønskede at forstå bedre, hvordan PSR J0952-0607 passer ind i tidslinjen for denne proces. Den dobbelte ledsagerstjerne er lillebitte, mindre end 10 procent af Solens masse. Forskerholdet lavede omhyggelige undersøgelser af systemet og dets kredsløb og brugte den information til at opnå en ny, præcis måling af pulsaren.
Deres beregninger gav et resultat på 2,35 gange Solens masse, giv eller tag 0,17 solmasser. Hvis man antager en standard neutronstjernes startmasse på omkring 1,4 gange Solens masse, betyder det, at PSR J0952-0607 har slurvet op til en hel Sols værdi af stof fra sin binære følgesvend. Dette, siger holdet, er virkelig vigtig information at have om neutronstjerner.
'Dette giver nogle af de stærkeste begrænsninger for stoffets egenskaber med flere gange den tæthed, der ses i atomkerner. Faktisk er mange ellers populære modeller af tæt-stoffysik udelukket af dette resultat,' Romani forklarede .
'En høj maksimal masse for neutronstjerner tyder på, at det er en blanding af kerner og deres opløste op- og nedkvarker helt ind til kernen. Dette udelukker mange foreslåede materiens tilstande , især dem med eksotisk interiørsammensætning.'
Den binære viser også en mekanisme, hvorved isoleret pulsarer , uden binære ledsagere, kan have millisekunders rotationshastigheder. J0952-0607's ledsager er næsten væk; når den først er helt fortæret, vil pulsaren (hvis den ikke er tippet over den øvre massegrænse og kollapser længere ind i et sort hul) bevare sin vanvittigt hurtige rotationshastighed i et stykke tid.
Og det vil være alene, ligesom alle de andre isolerede millisekundpulsarer.
'Efterhånden som følgestjernen udvikler sig og begynder at blive en rød kæmpe, vælter materiale over til neutronstjernen, og det drejer neutronstjernen op. Ved at snurre op, bliver den nu utrolig energisk, og en vind af partikler begynder at komme ud fra neutronstjernen. Den vind rammer så donorstjernen og begynder at fjerne materiale, og over tid falder donorstjernens masse til en planets masse, og hvis der går endnu mere tid, forsvinder den helt,' sagde Filippenko .
'Så det er sådan enlige millisekundpulsarer kunne dannes. De var ikke helt alene til at begynde med – de skulle være i et binært par – men de fordampede gradvist deres ledsagere, og nu er de ensomme.'
Forskningen er publiceret i The Astrophysical Journal Letters .