Vedci zo Sliezskej univerzity v Opave odhalili extrémne zaujímavý jav – neutrónové hviezdy menia svoj obvod.
Neutrónová hviezda (vpravo) v gravitačnom poli (sieť) interaguje s neďalekou hviezdou, čo umožňuje lepšie určiť vlastnosti neutrónovej hviezdy vrátane jej obezity. Umelecká grafika: ESOL/Calçada
Fyzikálny ústav Sliezskej univerzity v Opave informuje o tom, že opavskí fyzici sa okrem čiernych a červích dier venujú aj výskumu ďalších mimoriadne kompaktných objektov vo vesmíre. Jedným z nich sú neutrónové hviezdy – pozostatky po vzplanutí supernov, ktoré tvorí veľmi hustá látka zložená prevažne z neutrónov.
V nedávnej vedeckej práci sa zamerali na novo skúmanú vlastnosť, mieru kompaktnosti blízko ich povrchu, ktorú obrazne pomenovali pracovným názvom obezita. Nadväzujú tak na výskum legendárneho astrofyzika Kipa Thorna, ktorý sa preslávil navyše i tým, že sa podieľal na scenári filmu Interstellar z roku 2014.
Čo je neutrónová hviezda
Neutrónová hviezda je veľmi hmotný a extrémne malý stelárny objekt (má polomer len niekoľkých desiatok kilometrov, ale pritom extrémnu hustotu a hmotnosť až niekoľkých Sĺnk), ktorý je pozostatkom po výbuchu supernovy typu Ib, Ic alebo II (hmotné hviezdy, ktoré na sklonku svojho života stratia veľkú časť hmoty v dôsledku silných hviezdnych vetrov alebo gravitačných interakcií s ďalším hviezdnym sprievodcom).
V záverečnej fáze života mimoriadne hmotnej hviezdy hviezda vlastnou gravitáciou stlačí svoje jadro do obrích hustôt a tlakov. Jadro sa potom stáva neutrónovou hviezdou, ktorú tvorí takzvaný degenerovaný neutrónový plyn (elektróny sú „vtlačené“ do protónov a vznikajú neutróny), ktorý si zachováva mimoriadne silné magnetické pole.
Ide o „zamrznutý“ pozostatok po hmotnej hviezde, ktorá však nemala dostatok hmoty na to, aby sa stala čiernou dierou (extrémne kompaktný objekt, ktorý je vďaka svojej gravitácii vtlačený pod takzvaný horizont udalostí, čiže pod hranicu, ktorá nedovolí uniknúť ani časticiam svetla).
Ako možno neutrónovú hviezdu odhaliť
V prípade, že sú neutrónové hviezdy „nasmerované“ svojou rotačnou osou k Zemi, môžeme z nich pozorovať pravidelné záblesky s veľmi veľkou frekvenciou, ktoré sa dajú prirovnať k blikajúcemu majáku. Takému typu neutrónových hviezd sa hovorí pulzar. V opačnom prípade sa dajú odhaliť vďaka žiareniu hmoty, ktorá na ňu dopadá z okolia a vytvorí takzvaný akrečný disk.
Hartleho-Thorneov model
V 60. rokoch minulého storočia sa americkí astrofyzici Kip Thorne a James Hartle pokúsili matematicky popísať vonkajšok pomaly a stabilne rotujúceho hmotného telesa s využitím všeobecnej teórie relativity pomocou legendárnych Einsteinových rovníc, pričom v podstate opísali, ako sa neutrónová hiezda správa v časopriestore.
Avšak, i keď neutrónové hviezdy existujú a môžeme ich pozorovať (napríklad ako spomínané pulzary), nikto v ich blízkom okolí nikdy nebol. Tým pádom sa dá len odhadovať, ako v skutočnosti vyzerajú.
Hartleho-Thorneov model je pritom istým pokračovaním všeobecného matematického modelu novozélandského astrofyzika Roye Kerra, jedného z najväčších súčasných vedcov, ktorý vytvoril základy teoretického výskumu rotujúcich čiernych dier. „Hartle s Thornom našli matematickú cestu, ako odlíšiť neutrónové hviezdy či ďalšie hmotné kompaktné objekty od čiernych dier. Viac ale modely nedokázali,“ upresňuje profesor Zdeněk Stuchlík z Fyzikálneho ústavu v Opave.
Neutrónová hviezda v porovnaní s Mníchovom. Na šírku je Mníchov zhruba rovnaký ako priemer najväčšej pozorovanej neutrónovej hviezdy – asi 27 km. Grafika ESO /ESRI World Imagery, L. Calçada
Ako lepšie rozpoznať „telo“ neutrónovej hviezdy
Opavskí fyzici prišli s novým nástrojom na lepšie rozpoznanie „tela“ neutrónovej hviezdy. Vo svojej novej vedeckej práci nadväzujú na všetkých troch známych fyzikov (z ktorých verejnosť najviac pozná práve nositeľa Nobelovej ceny Kipa Thorna, a to vďaka jeho účasti na príprave scenára k filmu Interstellar).
Vychádzajú z toho, že vďaka Hartleovo-Thorneovmu modelu sú schopní odlíšiť neutrónovú hviezdu od čiernej diery a potom vyhodnotiť jej interakciu s okolitou hmotou (pokiaľ je neutrónová hviezda súčasťou dvojhviezdy).
„Zaviedli sme pracovnú teóriu, ktorej hovoríme teória rezonančnej výhybky,“ opisuje Mgr. Katarína Klimovičová, spoluautorka vedeckej práce. Uvedená teória pomáha popísať zmeny vysokoenergetického röntgenového žiarenia, ktoré je spojené s periodickými osciláciami (kmitmi – pozn. red.) v diskoch okolo neutrónových hviezd pochádzajúcich z hmoty „vysatej“ z druhej hviezdy.
Opavskí fyzici vedia presne určiť parametre neutrónových hviezd
„Práve tieto oscilácie sú iné ako tie, ktoré pozorujeme v prípade čiernych dier, ktoré inak bežne interagujú so svojím okolím veľmi podobne. A tak môžeme s istotou povedať, že ide o neutrónovú hviezdu,“ vysvetľuje Dr. Andrea Kotrlová, ďalšia spoluautorka vedeckej práce.
Doc. Jan Shee a doc. Gabriel Torök, členovia vedeckého tímu, dopĺňajú: „Vďaka týmto osciláciám sme schopní celkom presne určiť parametre neutrónových hviezd, napríklad hmotnosť alebo rýchlosť rotácie.“
„Obezita“ neutrónových hviezd je extrémne zaujímavý jav
Jednou zo zaujímavých vlastností, ktorú fyzici na základe nového modelu odhalili, je fakt, že neutrónová hviezda mení aj svoj obvod. „Túto vlastnosť sme nazvali obezitou neutrónových hviezd a z vedeckého hľadiska je to extrémne zaujímavý jav, ktorý posúva výskum týchto objektov významne dopredu. Obezita alebo kompaktnosť v podstate popisuje správanie hmoty vnútri neutrónovej hviezdy na úrovni elementárnych častíc, čo môžeme fyzicky porovnať s experimentmi, ktoré sa robia v časticových urýchľovačoch. Prvýkrát tak začíname hlbšie chápať tieto doposiaľ stále pomerne záhadné kozmické objekty,“ uzatvára profesor Stuchlík.
Pôvodnú vedeckú prácu nájdete po kliknutí na nasledujúci link: http://acta.astrouw.edu.pl/Vol71/n4/a_71_4_4.html.
Text je prekladom článku Tomáša Lanču uverejneného na portáli Fyzikálneho ústavu Sliezskej univerzity v Opave.
(GL)
