Ein sich drehender kosmischer Leichnam ist alles, was von einem gewichtigen Stern übrig bleibt, der nach einem explosiven Tod etwa 4.600 Lichtjahre von der Erde entfernt schwebt. Jetzt haben Astronomen herausgefunden, dass diese Leiche der massereichste Neutronenstern ist, der jemals entdeckt wurde.
Tatsächlich sagen sie, dass es so massiv ist - ungefähr das 2,14-fache der Masse unserer Sonne, die in eine Kugel gepackt ist, die höchstwahrscheinlich einen Durchmesser von 20 Kilometern hat -, dass es nahe an der Grenze liegt, überhaupt existieren zu können.
Dieser Neutronenstern namens J0740 + 6620 sendet Funkfeuer aus und dreht sich schwindelerregend 289 Mal pro Sekunde, was ihn zu einem Pulsar macht. Die neue Schätzung der Masse des Pulsars macht ihn schwerer als den vorherigen Rekordhalter - einen sich drehenden Neutronenstern, der etwa das 2,01-fache der Sonnenmasse wiegt, sagte der Hauptautor Thankful Cromartie, ein Doktorand an der Universität von Virginia. Die Masse des neuen Rekordhalters herauszufinden "war absolut aufregend", fügte sie hinzu.
Die Wissenschaftler erkannten die Möglichkeit, die stellare Leiche anhand von Daten zu untersuchen, die von Radioteleskopen am Green Bank Observatory und am Arecibo Observatory gesammelt wurden. Die Daten stammen aus einer Zusammenarbeit namens NANOGrav, dem nordamerikanischen Nanohertz-Observatorium für Gravitationswellen, mit dem Ziel, eine Reihe dieser sich schnell drehenden Pulsare am ganzen Himmel zu beobachten.
Bei der Betrachtung der NANOGrav-Datensätze sahen Cromartie und ihr Team "einen Hinweis" auf ein physikalisches Phänomen, das es ihnen ermöglichen würde, die Masse des Pulsars vorherzusagen. Sie benutzten dann das Green Bank Telescope in West Virginia, um diesen "Hinweis" genauer zu suchen.
Die Astronomen stellten fest, dass die regelmäßig ausgestrahlten Radiowellen, basierend auf der Position des Pulsars, früher als tatsächlich das Teleskop einen Smidge erreichen sollten. Dieses als Shapiro-Verzögerung bezeichnete physikalische Phänomen tritt auf, wenn ein anderes Himmelsobjekt einen sich drehenden Neutronenstern umkreist, der durch die Schwerkraft des Sterns gebunden ist. Wenn das Objekt, in diesem Fall ein weißer Zwergstern, vor dem Pulsar vorbeikommt, verzieht das umlaufende Objekt den Raum, um den sich das Funksignal bewegen würde, geringfügig, sodass die Radiowellen leicht verzögert an unseren Teleskopen ankommen.
Wissenschaftler verwenden diese Verzögerungen, um die Masse sowohl des Pulsars als auch des Weißen Zwergs zu berechnen.
Die jüngste Entdeckung könnte weitere Informationen über Supernovae und die Entstehung von Neutronensternen liefern, sagte Cromartie. Wenn große Sterne sterben, detonieren sie normalerweise als Supernovae. Eine solche Explosion führt dazu, dass der Stern in sich zusammenbricht und entweder ein Neutronenstern oder, wenn er wirklich massiv ist, ein Schwarzes Loch wird.
Es gibt eine Grenze, wie massiv Neutronensterne sein können, sagte Cromartie. Forscher berichteten im Jahr 2017, dass ein Stern, sobald er das 2,17-fache der Sonnenmasse erreicht hat, als Materie-hungriges Schwarzes Loch zu einer dunklen Existenz verurteilt ist. Dies deutet darauf hin, dass J0740 + 6620 diese Grenze "wirklich überschreitet", sagte Cromartie. Noch massiver, und der Stern wäre in ein schwarzes Loch gefallen.
Es wird angenommen, dass einige wirklich seltsame Physik in solch dichten Sternobjekten vorkommt. "Die Physik, die im Inneren der Sterne auftritt, ist immer noch sehr schlecht verstanden", sagte sie. Wenn man eine findet, die nahe an der Grenze der Existenz liegt, könnte man mehr darüber erfahren, was tief im Inneren passiert, aber auch darüber, wie sich hochdichte Materialien verhalten, fügte sie hinzu.
"So ist das Beobachten von Neutronensternen auf diese Weise wie die Verwendung eines Labors im Weltraum zum Studium der Kernphysik", fügte sie hinzu. Jetzt, sagte sie, hoffe sie, diesen Pulsar mit Teleskopen wie dem kanadischen Experimentier-Teleskop zur Wasserstoffintensitätskartierung (CHIME) und dem Neutronenstern-Interieur-Kompositions-Explorer-Teleskop (NICER) der NASA, das an Bord der Internationalen Raumstation fliegt, regelmäßiger beobachten zu können . Mit diesen Beobachtungen konnte sie die Massenmessung fein abstimmen.
Die Wissenschaftler berichteten über ihre Ergebnisse am 16. September in der Zeitschrift Nature Astronomy.
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