Astronomowie wykryli gwiazdy neutronowe, które istniały zaledwie milisekundy

Wszechświat jest pełen dziwacznych obiektów, których istnienia dawno temu nikt sobie nie wyobrażał. Do takich obiektów należą gwiazdy neutronowe – zapadnięte pozostałości po wybuchu gwiazdy jako supernowej, charakteryzujące się gigantyczną gęstością. Teraz naukowcy odkryli wykryli jednak szczególnie dziwne gwiazdy neutronowe. Mowa o superciężkich gwiazdach neutronowych, które istniały zaledwie przez ułamki sekund, zanim zapadły się w czarne dziury.

Ekstremalne obiekty

Gwiazda neutronowa może powstać w wyniku wybuchu supernowej typu II, lB lub kolapsu białego karła w układach podwójnych, czyli wybuchu supernowej typu Ia. Taki obiekt może charakteryzować się masą około 2 mas Słońca przy średnicy około 25 kilometrów. Innymi słowy, łyżeczka materii gwiazdy neutronowej ma masę około 6 miliardów ton.

Gdzieniegdzie w kosmosie istnieją gwiazdy neutronowe, które tworzą układy podwójne z innymi gwiazdami neutronowymi. Z czasem gwiazdy neutronowe w układzie podwójnym zbliżają się jednak do siebie coraz mocniej, aż w końcu dochodzi do ich zderzenia i zapadnięcia w jeden obiekt. Jaki obiekt? To wszystko zależy od jego całkowitej masy.

Limit masy gwiazdy neutronowej to masa niewiele większa niż masa 2 Słońc. Jeżeli łączna masa dwóch gwiazd neutronowych, które się połączyły, nie przekracza tego limitu, powstanie z nich nowa, masywniejsza gwiazda neutronowa. Jeśli przekracza, powstanie czarna dziura.

Poszlaka w promieniowaniu gamma

W ramach najnowszych badań astronomowie wykryli dwie fuzje gwiazd neutronowych, w wyniku których powstały czarne dziury. W ich przypadku zauważyli jednak intrygujące sygnały świadczące o tym, że zanim gwiazdy neutronowe utworzyły czarne dziury, miał miejsce etap pośredni. Najpierw powstały superciężkie gwiazdy neutronowe, które istniały zaledwie przez milisekundy.

Jak pokazały komputerowe symulacje, jeśli podczas łączenia się gwiazd neutronowych powstaje na moment superciężka gwiazda neutronowa, fale grawitacyjne powstałe w trakcie wydarzenia powinny utworzyć specyficzny wzorzec znany jako oscylacje kwaziokresowe (ang. quasiperiodic oscillations, QPOs). Chociaż obecne obserwatoria nie są wystarczająco czułe, by ten wzorzec wykryć, zespół odpowiadający za nowe badania ustalił, że jego ślady powinny być widoczne również w zakresie promieniowania gamma.

Aby przetestować swoją teorię, naukowcy przeskanowali archiwalne dane dotyczące krótkich rozbłysków gamma, zarejestrowane przez trzy obserwatoria w ciągu kilku ostatnich dekad. W ten sposób odkryli ślady oscylacji kwaziokresowych w promieniowaniu gamma powstałym podczas dwóch zdarzeń wykrytych przez Teleskop kosmiczny Comptona. Jedno z nich miało miejsce w lipcu 1991 roku, a drugie w listopadzie 1993 roku.

Uczeni obliczyli, że masa powstałych w ramach wspomnianych wydarzeń superciężkich gwiazd neutronowych musiała przekraczać 2,5 masy Słońca. Gwiazdy te musiały istnieć nie dłużej niż 300 milisekund, zanim zapadły się w czarne dziury i obracać się niezwykle szybko – z częstotliwością 78 000 obrotów na minutę. Dla porównania, znany najszybciej obracający się pulsar obraca się 43 tysiące razy na minutę.

Naukowcy twierdzą, że przyszłe detektory fal grawitacyjnych powinny być wystarczająco czułe, by bezpośrednio wykrywać sygnatury superciężkich gwiazd neutronowych. Gdy takie detektory powstaną, być może dowiemy się o omówionych krótkotrwałych obiektów czegoś więcej.

Źródło: NASA, fot. tyt. NASA Goddard Space Flight Center/CI Lab