سبک ترین سیاهچاله یا سنگین ترین ستاره نوترونی؟ MeerKAT یک شی مرموز را در کهکشان راه شیری کشف می کند

با استفاده از تلسکوپ رادیویی MeerKAT، ستاره شناسان تعدادی از موسسات، از جمله دانشگاه منچستر و موسسه ماکس پلانک برای نجوم رادیویی در آلمان، جسمی را کشف کردند که به دور یک تپ اختر میلی ثانیه ای که به سرعت در حال چرخش است، واقع در فاصله 40000 سال نوری از ما، در یک گروه متراکم از ما کشف کردند. ستاره هایی که به عنوان خوشه کروی شناخته می شوند.

آنها با استفاده از تیک های ساعت مانند تپ اختر میلی ثانیه ای، نشان دادند که این جسم عظیم در به اصطلاح شکاف جرمی یک سیاهچاله قرار دارد.

این می تواند اولین کشف یک تپ اختر رادیویی بسیار مطلوب – یک سیاهچاله باینری باشد. یک جفت ستاره ای که می تواند آزمایش های جدید نظریه نسبیت عام انیشتین را امکان پذیر کند و درهایی را به روی مطالعه سیاهچاله ها باز کند.

نتایج امروز در مجله منتشر شده است علوم پایه.

رهبر پروژه بریتانیا، بن استاپرز، استاد اخترفیزیک در دانشگاه منچستر، گفت: «هر دو احتمال برای ماهیت ماهواره هیجان‌انگیز است. یک سیستم تپ اختر-سیاهچاله یک هدف مهم برای آزمایش تئوری های گرانش خواهد بود و یک ستاره نوترونی سنگین بینش جدیدی از فیزیک هسته ای در چگالی های بسیار بالا ارائه خواهد کرد.

وقتی یک ستاره نوترونی – بقایای فوق چگال یک ستاره مرده – جرم زیادی به دست آورد، معمولاً از طریق جذب یا برخورد با ستاره دیگر، فرو می ریزد. آنچه که آنها پس از فروپاشی تبدیل می شوند دلیل بسیاری از گمانه زنی ها است، اما اعتقاد بر این است که آنها می توانند به سیاهچاله تبدیل شوند – اجرامی که از نظر گرانشی چنان جذاب هستند که حتی نور نیز نمی تواند از آنها فرار کند.

ستاره شناسان تخمین می زنند که کل جرم مورد نیاز برای فروپاشی یک ستاره نوترونی 2.2 برابر جرم خورشید است. این نظریه که توسط مشاهدات پشتیبانی می‌شود، به ما می‌گوید که سبک‌ترین سیاه‌چاله‌هایی که توسط این ستارگان ایجاد شده‌اند، بسیار بزرگ‌تر، تقریباً پنج برابر جرم‌تر از خورشید هستند، و در نتیجه چیزی به نام «شکاف جرمی سیاه‌چاله‌ها» ایجاد می‌شود.

ماهیت اجرام فشرده در این شکاف توده ناشناخته است و تحقیقات دقیق تاکنون چالش برانگیز بوده است. یافتن شیء می تواند به ما در درک نهایی این اشیاء کمک کند.

پروفسور استپرز افزود: توانایی تلسکوپ بسیار حساس MeerKAT برای شناسایی و مطالعه این اجرام گام بزرگی به جلو است و به ما نگاهی اجمالی به آنچه که با آرایه کیلومتر مربعی امکان پذیر خواهد بود، می دهد.

کشف این شیء هنگام رصد یک خوشه ستاره ای بزرگ به نام NGC 1851، واقع در صورت فلکی جنوبی کلمبا، با استفاده از تلسکوپ MeerKAT انجام شد.

خوشه کروی NGC 1851 مجموعه ای متراکم از ستارگان قدیمی است که بسیار محکم تر از ستاره های بقیه کهکشان هستند. اینجا آنقدر شلوغ است که ستارگان می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند و مدار آنها را مختل کنند و در شدیدترین موارد با هم برخورد کنند.

اخترشناسان، بخشی از همکاری بین‌المللی Transients و Pulsars با MeerKAT (TRAPUM)، بر این باورند که یکی از این برخوردها بین دو ستاره نوترونی، جرم عظیمی را ایجاد کرده است که اکنون به دور تپ‌اختر رادیویی می‌چرخد.

این تیم توانست پالس های ضعیف یکی از ستارگان را شناسایی کند و آن را به عنوان یک تپ اختر رادیویی شناسایی کند – نوعی ستاره نوترونی که به سرعت می چرخد ​​و پرتوهای نور رادیویی را مانند یک فانوس دریایی کیهانی به کیهان ساطع می کند.

تپ اختر بیش از 170 بار در ثانیه می چرخد ​​و هر چرخش یک پالس ریتمیک مانند تیک تاک یک ساعت ایجاد می کند. تیک تاک این پالس ها فوق العاده منظم است و با مشاهده چگونگی تغییر زمان کنه ها با استفاده از تکنیکی به نام زمان بندی تپ اختر، توانستند اندازه گیری های بسیار دقیقی از حرکت مداری آن انجام دهند.

یوان بار از موسسه ماکس پلانک برای نجوم رادیویی، که با همکارش آرونیما دوتا رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، توضیح داد: «به این فکر کنید که می‌توانید یک کرونومتر تقریباً کامل را در مدار ستاره‌ای در فاصله تقریباً 40000 سال نوری از ما قرار دهید و سپس قادر باشید. برای اندازه گیری زمان این مدارها با دقت میکروثانیه.”

زمان‌بندی منظم همچنین امکان اندازه‌گیری بسیار دقیق مکان سیستم را فراهم می‌کند، که نشان می‌دهد جسمی که به دور تپ‌اختر می‌چرخد، یک ستاره مناسب نیست، بلکه یک بقایای بسیار متراکم از یک ستاره فروپاشیده است. مشاهدات همچنین نشان داد که ماهواره دارای جرمی است که هم بزرگتر از جرم هر ستاره نوترونی شناخته شده و در عین حال کوچکتر از هر سیاهچاله شناخته شده است و آن را درست در شکاف جرم سیاهچاله قرار می دهد.

اگرچه این تیم نمی تواند به طور قطع بگوید که آیا آنها پرجرم ترین ستاره نوترونی شناخته شده، سبک ترین سیاهچاله شناخته شده، یا حتی نوع جدیدی از یک ستاره را کشف کرده اند، آنچه مسلم است این است که آنها آزمایشگاهی منحصر به فرد برای مطالعه خواص ماده کشف کرده اند. تحت شدیدترین شرایط در جهان.

آرونیما دوتا نتیجه می گیرد: «ما هنوز با این سیستم تمام نشده ایم.

افشای ماهیت واقعی همدم نقطه عطفی در درک ما از ستارگان نوترونی، سیاهچاله ها و هر چیز دیگری است که ممکن است در شکاف جرمی سیاهچاله در کمین باشد.