Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một vật thể vũ trụ bất chấp sự phân loại, có lẽ tiết lộ một loại thực thể vũ trụ mới ở rìa vật lý đã biết.

Đôi khi các nhà thiên văn học gặp phải những vật thể trên bầu trời mà chúng ta không thể dễ dàng giải thích được. Trong nghiên cứu mới của chúng tôi, được phát hành TRONG Khoa họcchúng tôi báo cáo một khám phá như vậy, có khả năng gây ra tranh luận và suy đoán.

Sao neutron là một số vật thể dày đặc nhất trong vũ trụ. Nhỏ gọn như hạt nhân nguyên tử, nhưng lớn như một thành phố, nó vượt qua giới hạn hiểu biết của chúng ta về vật chất tối thượng. Một ngôi sao neutron càng nặng thì càng có nhiều khả năng cuối cùng nó sẽ sụp đổ thành một thứ đặc hơn: một lỗ đen.

Điểm hiểu biết: sao neutron và lỗ đen

Những vật thể vật lý thiên văn này rất dày đặc và lực hấp dẫn của chúng mạnh đến mức lõi của chúng – bất kể chúng có thể là gì – bị bao phủ vĩnh viễn khỏi vũ trụ bởi các chân trời sự kiện: bề mặt của bóng tối hoàn toàn mà từ đó không có ánh sáng nào có thể thoát ra.

Nếu chúng ta muốn hiểu vật lý tại điểm tới hạn giữa sao neutron và lỗ đen, chúng ta phải tìm các vật thể ở những ranh giới này. Đặc biệt, chúng ta phải tìm những vật thể mà chúng ta có thể thực hiện các phép đo chính xác trong thời gian dài. Và đó chính xác là những gì chúng tôi tìm thấy – một vật thể không rõ ràng là A Ngôi sao neutron Cũng không phải một Hố đen.

Một điệu nhảy vũ trụ trong NGC 1851

Đây là khi nhìn sâu vào cụm sao NGC 1851 Việc chúng ta phát hiện ra thứ dường như là một cặp sao cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về những giới hạn cực độ của vật chất trong vũ trụ. Hệ thống bao gồm một mili giây Sao xungNó là một loại sao neutron quay nhanh, quét các tia ánh sáng vô tuyến khắp vũ trụ khi nó quay, và nó là một vật thể khổng lồ, ẩn giấu có bản chất chưa xác định.

Vật thể khổng lồ này có màu tối, nghĩa là nó vô hình ở mọi tần số ánh sáng – từ sóng vô tuyến đến các dải ánh sáng, tia X và tia gamma. Trong những trường hợp khác, điều này sẽ khiến chúng ta không thể nghiên cứu được, nhưng đây chính là lúc mà ẩn tinh mili giây trợ giúp chúng ta.

Các xung mili giây giống như đồng hồ nguyên tử vũ trụ. Chuyển động quay của chúng cực kỳ ổn định và có thể được đo chính xác bằng cách phát hiện xung vô tuyến thông thường mà chúng tạo ra. Mặc dù về bản chất là không đổi, nhưng spin quan sát được lại thay đổi khi ẩn tinh chuyển động hoặc khi tín hiệu của nó bị ảnh hưởng bởi trường hấp dẫn mạnh. Bằng cách quan sát những thay đổi này, chúng ta có thể đo được đặc tính của các vật thể trong quỹ đạo của sao xung.

Làm sáng tỏ bí ẩn với MeerKAT

Chúng tôi đã sử dụng đội ngũ các nhà thiên văn học quốc tế Kính viễn vọng vô tuyến Meerkat Nam Phi thực hiện những quan sát như vậy đối với hệ thống được gọi là NGC 1851E.

Điều này cho phép chúng tôi mô tả chi tiết chính xác quỹ đạo của hai vật thể, cho thấy điểm tiếp cận gần nhất của chúng thay đổi theo thời gian. Những thay đổi này được mô tả bởi Thuyết tương đối của Einstein Tốc độ thay đổi cho chúng ta biết khối lượng tổng hợp của các vật thể trong hệ thống.

Các quan sát của chúng tôi cho thấy hệ NGC 1851E nặng gấp khoảng bốn lần Mặt trời của chúng ta và người bạn đồng hành tối, giống như một ẩn tinh, là một vật thể nhỏ gọn – đặc hơn nhiều so với một ngôi sao thông thường. Các sao neutron nặng nhất nặng khoảng gấp đôi khối lượng Mặt trời, vì vậy nếu đây là hệ sao neutron đôi (các hệ nổi tiếng và được nghiên cứu kỹ lưỡng) thì nó phải chứa hai trong số các sao neutron nặng nhất từng được phát hiện.

Để khám phá bản chất của người bạn đồng hành, chúng ta cần hiểu khối lượng được phân bố như thế nào trong hệ thống giữa các vì sao. Một lần nữa sử dụng thuyết tương đối rộng của Einstein, chúng ta có thể mô hình hóa hệ thống một cách chi tiết, tìm khối lượng của người bạn đồng hành nằm trong khoảng từ 2,09 đến 2,71 lần khối lượng Mặt trời.

Khối lượng của sao đồng hành nằm trong “khoảng cách khối lượng lỗ đen” nằm giữa các sao neutron nặng nhất có thể, được cho là có khối lượng khoảng 2,2 lần khối lượng mặt trời, và các lỗ đen nhẹ nhất có thể hình thành từ sự sụp đổ của sao, có khối lượng khoảng 5 lần khối lượng Mặt Trời. Bản chất và thành phần của các vật thể trong khoảng trống này là một câu hỏi nổi bật trong vật lý thiên văn.

Những ứng viên tiềm năng

Vậy chính xác thì chúng ta đã tìm thấy gì?

Một khả năng hấp dẫn là chúng ta đã phát hiện ra một ẩn tinh quay quanh phần còn lại của sự hợp nhất (va chạm) của hai sao neutron. Cấu hình bất thường này có được nhờ sự tập trung dày đặc các ngôi sao trong NGC 1851.

Trên sàn nhảy đông đúc này, các ngôi sao sẽ quay vòng quanh nhau, hoán đổi bạn nhảy trong một điệu valse bất tận. Nếu hai ngôi sao neutron bị ném quá gần nhau, điệu nhảy của chúng sẽ kết thúc một cách thảm hại.

Lỗ đen được tạo ra bởi sự va chạm của chúng, có thể nhẹ hơn nhiều so với những lỗ đen được tạo ra bởi các ngôi sao đang sụp đổ, có thể tự do đi lang thang trong cụm cho đến khi nó tìm thấy một cặp vũ công đang nhảy điệu valse khác và tự mình chèn vào – đuổi theo đối tác nhẹ hơn. Trong việc chữa trị. Chính cơ chế va chạm và trao đổi này có thể dẫn đến hệ thống mà chúng ta quan sát ngày nay.

Tiếp tục phấn đấu

Chúng tôi vẫn chưa làm xong hệ thống này. Công việc đang được tiến hành để xác định một cách thuyết phục bản chất thực sự của người bạn đồng hành và tiết lộ liệu chúng ta đã phát hiện ra lỗ đen nhẹ nhất hay sao neutron nặng nhất – hoặc có lẽ là không cả hai.

Ở ranh giới giữa các sao neutron và lỗ đen, luôn có khả năng xuất hiện các vật thể vật lý thiên văn mới, chưa được biết đến.

Chắc chắn sẽ có nhiều suy đoán theo sau khám phá này, nhưng điều đã rõ ràng là hệ thống này hứa hẹn rất lớn khi tìm hiểu điều gì thực sự xảy ra với vật chất trong những môi trường khắc nghiệt nhất trong vũ trụ.

được viết bởi:

• Ewan D. Baar – nhà khoa học dự án chuyển tiếp các ngôi sao và sao xung cộng tác với MeerKAT (TRAPUM), Viện Thiên văn Vô tuyến Max Planck
• Arunima Dutta – Nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Nghiên cứu Vật lý Cơ bản về Thiên văn Vô tuyến, Viện Thiên văn Vô tuyến Max Planck
• Benjamin Stubbers – Giáo sư Vật lý thiên văn, Đại học Manchester

Chuyển thể từ một bài viết ban đầu được xuất bản trong Cuộc hội thoại.