Cel mai uşor sistem binar de stele neutronice descoperit confirmă teoria lui Einstein

Astronomii chinezi au anunţat descoperirea unui sistem binar compact format din stele neutronice (DNS - double neutron star) care este diferit de tot ce a fost observat până acum, fiind cele mai „uşoare” stele neutronice observate până acum, transmite Live Science, care citează un studiu publicat la 15 septembrie în jurnalul Physical Review Letters.

Pulsarul PSR J1856-0039, detectat cu ajutorul radiotelescopului sferic cu deschidere de 500 de metri (FAST) din China, schimbă ceea ce ştiam despre extremele fizicii stelare şi ale teoriei gravitaţiei, scrie Agerpres.

Stelele neutronice sunt rămăşiţe extrem de compacte care iau naştere după ce stelele masive intră în starea de supernovă. Atunci când astfel de stele neutronice formează un sistem binar, ele oferă oamenilor de ştiinţă o oportunitate unică de a testa teoria relativităţii generale a lui Albert Einstein şi de a observa coliziunile catastrofale care generează unde gravitaţionale.

PSR J1856-0039 reprezintă un exemplu unic de sistem format din două stele neutronice (DNS). Componenta de tip pulsar a sistemului PSR J1856-0039 efectuează o rotaţie completă în jurul propriei axe la fiecare 23,4 milisecunde.

China

Descoperirea a fost realizată de o echipă de cercetători coordonată de Han Jinlin, de la Observatorul Astronomic Naţional al Academiei Chineze de Ştiinţe. Echipa a detectat pulsarul J1856-0039, care face parte dintr-un sistem binar de stele neutronice aflat pe o orbită compactă. Acest sistem are o perioadă orbitală extrem de scurtă şi reprezintă sistemul binar de stele neutronice cu cea mai mică masă cunoscut până în prezent, precizează şi publicaţia chineză People's Daily Online.

Se consideră că acestea sunt surse importante de elemente grele, precum aurul şi platina, servind totodată drept laboratoare naturale pentru studierea materiei la densităţi extreme, testarea teoriei relativităţii generale şi investigarea mecanismelor care stau la baza exploziilor de supernovă.

Fiind cel mai sensibil radiotelescop cu antenă unică din lume, FAST dispune de capacităţi excepţionale pentru detectarea pulsarilor. Utilizând o metodă de observare de tip „instantaneu” (*snapshot*), dezvoltată independent de echipă, cercetătorii au efectuat o căutare sistematică, la scară largă, a sistemelor de pulsari de-a lungul planului galactic, descoperind până în prezent aproximativ 900 de noi pulsari. Observaţiile ulterioare, precise şi continue, au permis echipei să identifice o serie de sisteme cereşti neobişnuite, inclusiv pulsarul J1856-0039.

Observaţiile indică faptul că sistemul are o perioadă orbitală de doar 2,36 ore, fiind a doua cea mai scurtă perioadă orbitală cunoscută în rândul sistemelor binare de stele neutronice. O perioadă orbitală atât de scurtă înseamnă că cele două stele neutronice sunt separate de o distanţă foarte mică şi orbitează una în jurul celeilalte într-o configuraţie extrem de compactă. Drept urmare, efectele relativiste din acest sistem se numără printre cele mai pronunţate întâlnite în oricare sistem cunoscut de stele neutronice duble.

De asemenea, acest sistem stabileşte o nouă limită inferioară pentru masa totală a unui sistem binar de stele neutronice. Cu o masă combinată de doar 2,488 ori mai mare decât cea a Soarelui, acesta este cel mai uşor sistem binar de stele neutronice înregistrat vreodată.

Pulsarul vizibil are o masă de aproximativ 1,30 mase solare, în timp ce steaua neutronică companion are o masă de aproximativ 1,19 mase solare. Companionul se numără printre cele mai uşoare stele neutronice cunoscute şi este aproape de masa minimă teoretică, oferind astfel posibilitatea de a investiga mai precis fizica exploziilor de supernove.

Conform modelărilor realizate de echipă, cele două stele neutronice vor fuziona în aproximativ 82 de milioane de ani, formând, cel mai probabil, o stea neutronică mai masivă. Această traiectorie evolutivă neobişnuită este importantă pentru abordarea unor chestiuni legate de ecuaţia de stare a materiei din interiorul stelelor neutronice, precum şi pentru explorarea originilor elementelor grele din Univers, cum ar fi aurul şi platina.

Han a precizat că, alături de măsurători precise ale maselor stelelor neutronice, observaţiile şi studiile pe termen lung asupra sistemelor binare de pulsari pot oferi constrângeri esenţiale pentru abordarea unor întrebări fundamentale în ştiinţă, inclusiv natura materiei din interiorul stelelor neutronice şi proprietăţile fundamentale ale gravitaţiei în spaţiu-timp.

Folosind măsurători de înaltă precizie ale momentelor de sosire a impulsurilor emise de PSR J1856-0039, cercetătorii au reuşit să evalueze multe dintre efectele relativiste prezente în acest sistem. De exemplu, degradarea orbitală a sistemului are loc cu o rată de aproximativ 1,28 x 10^-12 secunde pe secundă, valoare care concordă cu degradarea prezisă ca urmare a emisiilor de unde gravitaţionale.

Precesia periastrului (punctul de pe semiaxa mare a unui sistem de stele duble cel mai apropiat de steaua principală) are loc cu o rată de 17,6 grade pe an. Acesta este un efect foarte tipic întâlnit în teoria relativităţii. Întârzierea Einstein - o mică întârziere a semnalelor provenite de la pulsar - oferă dovezi ale modului în care spaţiu-timpul este deformat în acest sistem.

În plus, se pare că rata măsurată a degradării orbitei corespunde predicţiei făcute de teoria relativităţii generale, cu o marjă de eroare mai mică de un procent. Acesta constituie unul dintre cele mai solide argumente în favoarea teoriei lui Einstein.

Oportunitate

Descoperiri precum cea a sistemului PSR J1856-0039 oferă o oportunitate preţioasă de a testa teoria relativităţii în condiţii reale, împingând limitele cunoştinţelor noastre despre gravitaţie. Mai mult, astfel de descoperiri ajută cercetătorii să îşi rafineze modelele semnalelor de unde gravitaţionale, modele esenţiale pentru detectoare precum LIGO şi Virgo.

Aceste sisteme oferă informaţii despre formarea şi evoluţia stelelor neutronice. Ele explică, de asemenea, de ce unele dintre acestea au o masă neobişnuit de mică. Totodată, ele dezvăluie destinul final al sistemelor binare compacte: dacă acestea supravieţuiesc ca stele neutronice stabile sau se prăbuşesc, transformându-se în găuri negre.

Observaţiile pe termen lung ale sistemului PSR J1856-0039 ar putea, de asemenea, să testeze validitatea precesiei Lense-Thirring - un fenomen extrem de subtil, prin care rotaţia unui corp generează un efect de "antrenare" a spaţiu-timpului din jurul său. Detectarea unui astfel de efect ar reprezenta o nouă confirmare importantă a teoriei relativităţii a lui Einstein.

Editor : Sebastian Eduard