Dönen bir nötron yıldızı, bu sanatçının kara dul pulsar konseptinde periyodik olarak radyo (yeşil) ve gama ışını (macenta) ışınlarını Dünya’nın yanından geçirir. Pulsar, yıldız partnerinin bakan tarafını güneşin yüzeyinden iki kat daha yüksek sıcaklıklara kadar ısıtır ve yavaşça buharlaştırır. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi/Cruz deWilde
Soluk, gezegen boyutundaki yıldızın gözlemleri, onun milisaniyelik pulsar yoldaşını tartmaya yardımcı olur.
Yoğun, çökmüş bir yıldız, yıldız arkadaşının neredeyse tüm kütlesini parçaladı ve tüketti ve bu süreçte en ağır hale geldi. nötron yıldızı bugüne kadar gözlemlendi. Saniyede 707 kez dönüyor ve bu da onu dünyanın en hızlı dönen nötron yıldızlarından biri yapıyor. Samanyolu gökada.
2.35 güneş kütlesinde (güneşimizin kütlesi) çizelgelerin başında gelen bu rekor kıran nötron yıldızını tartmak, gökbilimcilerin bu aşırı yoğun nesnelerin içindeki tuhaf kuantum durumunu anlamalarına yardımcı olur. Bundan çok daha ağır hale gelirlerse, nötron yıldızları tamamen çöker ve bir kütle olarak yok olurlar. Kara delik.
“Bir uranyum çekirdeğinde olduğu gibi, maddenin nükleer yoğunluklarda nasıl davrandığını kabaca biliyoruz. atomAstronomi Bölümü’nün Seçkin Profesörü Alex Filippenko dedi. Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley. “Bir nötron yıldızı dev bir çekirdeğe benzer, ancak bu maddeden bir buçuk güneş kütlesine sahip olduğunuzda, yani hepsi birbirine yapışmış yaklaşık 500.000 Dünya kütlesi çekirdeğine sahip olduğunuzda, nasıl davranacakları hiç de net değil.”
Roger W. Romani’ye göre, Stanford Üniversitesi astrofizik profesörü, nötron yıldızları inanılmaz derecede yoğundur ve 1 inç küp ağırlığı 10 milyar tonun üzerindedir. Bu, çekirdeklerinin, olay ufkunun arkasına gizlendikleri için incelenmesi imkansız olan kara delikler dışında evrendeki en yoğun madde olduğu anlamına gelir. Bu nedenle nötron yıldızı, bir pulsar PSR J0952-0607 olarak adlandırılan, Dünya’nın görüş alanındaki en yoğun nesnedir.
Gökbilimciler, şimdiye kadar bulunan en büyük kütle ve belki de nötron yıldızları için üst sınır olarak belirledikleri görünmez bir yoldaş, bir nötron yıldızı ve milisaniyelik pulsar tarafından neredeyse tüm kütlesinden sıyrılan sönük bir yıldızın (yeşil daire) hızını ölçtüler. . Nesneler, Sextans takımyıldızındadır. Kredi: WM Keck Gözlemevi, Roger W. Romani, Alex Filippenko
Hawaii’deki Maunakea’daki 10 metrelik Keck I teleskobunun aşırı hassasiyeti, nötron yıldızının kütlesini ölçmeyi mümkün kılan şeydi. Sıcak bir şekilde parlayan yoldaş yıldızdan gelen ve şimdi büyük bir gazlı gezegenin boyutuna indirgenmiş bir görünür ışık spektrumu kaydetti. Sekstans takımyıldızı yönünde yer alan yıldızlar, Dünya’dan yaklaşık 3.000 ışıkyılı uzaklıktadır.
2017’de keşfedildi, PSR J0952-0607, “kara dul” pulsar olarak anılır. İsimleri, dişi kara dul örümceklerinin çiftleştikten sonra çok daha küçük erkeği tüketme eğilimine bir benzetmedir. Filippenko ve Romani, büyük nötron yıldızlarının/pulsarların ne kadar büyüyebileceğinin üst sınırını belirlemeyi umuyor, on yıldan fazla bir süredir kara dul sistemleri üzerinde çalışıyorlar.
Stanford Beşeri Bilimler ve Bilimler Okulu’nda fizik profesörü olan Romani, “Bu ölçümü diğer birkaç kara dulunkiyle birleştirerek, nötron yıldızlarının en azından bu kütleye, 2.35 artı veya eksi 0.17 güneş kütlesine ulaşması gerektiğini gösteriyoruz” dedi. ve Kavli Parçacık Astrofiziği ve Kozmoloji Enstitüsü üyesi. “Buna karşılık, bu, atom çekirdeğinde görülen yoğunluğun birkaç katı olan maddenin özelliği üzerindeki en güçlü kısıtlamalardan bazılarını sağlar. Aslında, yoğun madde fiziğinin başka türlü popüler olan birçok modeli bu sonuçla hariç tutulmuştur.”
Gökbilimciler, 2.35 güneş kütlesi nötron yıldızlarının üst sınırına yakınsa, o zaman iç kısmın muhtemelen bir nötron çorbası ve ayrıca yukarı ve aşağı kuarklar – normal proton ve nötronların bileşenleri – ama egzotik madde değil. Garip bir kuark içeren parçacıklar olan “garip” kuarklar veya kaonlar gibi.
Romani, “Nötron yıldızları için yüksek bir maksimum kütle, bunun bir çekirdek karışımı olduğunu ve onların çözülmüş yukarı ve aşağı kuarklarının çekirdeğe kadar gittiğini gösteriyor.” Dedi. “Bu, özellikle egzotik iç bileşime sahip olanlar olmak üzere, maddenin önerilen birçok durumunu hariç tutuyor.”
Romani, Filippenko ve Stanford lisansüstü öğrencisi Dinesh Kandel, ekibin bugün (26 Temmuz 2022) yayınlanan sonuçlarını açıklayan bir makalenin ortak yazarlarıdır. Astrofizik Dergi Mektupları.
Ne kadar büyüyebilirler?
Astrofizikçiler genellikle, yaklaşık 1.4 güneş kütlesinden daha büyük bir çekirdeğe sahip bir yıldızın ömrünün sonunda çöktüğünde, yoğun, kompakt bir nesne oluşturduğu ve iç kısmı o kadar yüksek basınç altında olduğu ve tüm atomların bir nötron denizi oluşturmak üzere parçalandığı konusunda hemfikirdir. ve bunların çekirdek altı bileşenleri, kuarklar. Bu nötron yıldızları dönerek doğarlar ve görünür ışıkta görülemeyecek kadar sönük olmalarına rağmen, kendilerini dönerken Dünya’yı parlatan radyo dalgaları, X-ışınları ve hatta gama ışınları gibi ışık demetleri yayan pulsarlar olarak gösterirler. bir deniz feneri ışını.
“Sıradan” pulsarlar, ortalama olarak saniyede bir kez döner ve yanıp söner; bu, bir yıldızın çökmeden önceki normal dönüşü göz önüne alındığında kolayca açıklanabilecek bir hızdır. Ancak bazı pulsarlar saniyede yüzlerce veya 1.000 defaya kadar tekrar eder; bu, madde nötron yıldızına düşüp onu döndürmedikçe açıklamak zor. Ancak bazı milisaniyelik pulsarlar için yoldaş görünmez.
İzole edilmiş milisaniyelik pulsarlar için olası bir açıklama, her birinin bir zamanlar bir arkadaşı olduğu, ancak onu hiçbir şeye indirgemediğidir.
“Evrimsel yol kesinlikle büyüleyici. Çift ünlem işareti,” dedi Filippenko. “Karşılıklı yıldız evrimleşip kırmızı bir dev olmaya başladığında, madde nötron yıldızına taşar ve bu da nötron yıldızını döndürür. Dönerek, şimdi inanılmaz derecede enerjilenir ve nötron yıldızından bir parçacık rüzgarı çıkmaya başlar. Bu rüzgar daha sonra donör yıldıza çarpar ve malzemeyi soymaya başlar ve zamanla donör yıldızın kütlesi bir gezegenin kütlesine düşer ve daha fazla zaman geçerse, tamamen kaybolur. Yani, milisaniyelik tek başına pulsarlar bu şekilde oluşturulabilir. Başlangıçta hepsi yalnız değillerdi – ikili bir çiftte olmaları gerekiyordu – ama yavaş yavaş arkadaşlarını buharlaştırdılar ve şimdi yalnızlar.”
Pulsar PSR J0952-0607 ve ona eşlik eden soluk yıldız, milisaniyelik pulsarlar için bu başlangıç hikayesini desteklemektedir.
Romani, “Bu gezegen benzeri nesneler, kütle ve açısal momentuma katkıda bulunan, pulsar eşlerini milisaniyelik periyotlara döndüren ve bu süreçte kütlelerini artıran normal yıldızların tortularıdır.” Dedi.
Filippenko, “Kozmik bir nankörlük durumunda, eşinin büyük bir bölümünü yiyip bitiren kara dul pulsarı, şimdi arkadaşını ısıtıp buharlaştırarak gezegen kütlelerine ve belki de tamamen yok etme” dedi.
Örümcek pulsarları, kızıl sırtları ve gelgitleri içerir
Yoldaşının küçük olduğu ancak tespit edilemeyecek kadar küçük olmadığı kara dul pulsarlarını bulmak, nötron yıldızlarını tartmanın birkaç yolundan biridir. Bu ikili sistemde, yoldaş yıldız — şimdi kütlenin sadece 20 katıdır. Jüpiter – nötron yıldızının kütlesi tarafından çarpıtılır ve gelgit olarak kilitlenir, tıpkı ayımızın yörüngede kilitlenmesine benzer şekilde, sadece bir tarafını görmemiz için. Nötron yıldızına bakan taraf, yaklaşık 6.200 Kelvin veya 10.700 derecelik sıcaklıklara ısıtılır. FahrenhaytGüneşimizden biraz daha sıcak ve büyük bir teleskopla görülebilecek kadar parlak.
Filippenko ve Romani, son dört yılda altı kez Keck I teleskopunu PSR J0952-0607’ye çevirdiler ve her seferinde Düşük Çözünürlüklü Görüntüleme Spektrometresi ile 15 dakikalık parçalar halinde gözlemlediler ve 6.4 saatlik yörüngesindeki belirli noktalarda soluk yoldaşını yakaladılar. pulsarın. Spektrumları benzer güneş benzeri yıldızlarınkiyle karşılaştırarak, yoldaş yıldızın yörünge hızını ölçebildiler ve nötron yıldızının kütlesini hesaplayabildiler.
Filippenko ve Romani şimdiye kadar yaklaşık bir düzine kara dul sistemini incelediler, ancak yalnızca altı tanesi bir kütleyi hesaplamalarına izin verecek kadar parlak eşlik eden yıldızlara sahipti. İlgili tüm nötron yıldızları, pulsar PSR J0952-060’tan daha az kütleli. Kuzenlerinin yanı sıra daha fazla kara dul pulsarını da incelemeyi umuyorlar: Güneş kütlesinin onda birine daha yakın yoldaşları olan kara dul pulsarlarının Avustralya eşdeğeri olarak adlandırılan kızıl sırtlılar; ve Romanların tidarrens dediği şey – yoldaşın güneş kütlesinin yüzde biri civarında olduğu – kara dul örümceğinin bir akrabasından sonra. Bu türün erkeği, Tidarren sisifoidleri, dişinin boyutunun yaklaşık %1’i kadardır.
Kara deliğin eşiğine daha da yakın olan kara dulları ve benzer nötron yıldızlarını aramaya devam edebiliriz. Ancak herhangi bir şey bulamazsak, 2.3 güneş kütlesinin gerçek sınır olduğu ve bunun ötesinde kara deliklere dönüştüğü argümanını sıkılaştırır” dedi Filippenko.
Romani, “Bu, Keck teleskobunun yapabileceklerinin sınırındadır, bu nedenle fantastik gözlem koşulları dışında, PSR J0952-0607’nin ölçümünü sıkılaştırmak muhtemelen 30 metrelik teleskop çağını bekliyor” diye ekledi.
Referans: “PSR J0952-0607: Bilinen En Hızlı ve En Ağır Galaktik Nötron Yıldızı” Roger W. Romani, D. Kandel, Alexei V. Filippenko, Thomas G. Brink ve WeiKang Zheng, 26 Temmuz 2022, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac8007
Diğer ortak yazarlar ApJ Harfleri makale UC Berkeley araştırmacıları Thomas Brink ve WeiKang Zheng’dir. Çalışma, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (80NSSC17K0024, 80NSSC17K0502), Christopher R. Redlich Fonu, TABASGO Vakfı ve UC Berkeley’in Miller Bilimde Temel Araştırma Enstitüsü tarafından desteklendi.