A estrela de nêutrons “Viúva Negra” devorou ​​sua companheira, tornando-se a coisa mais pesada encontrada até agora

A estrela de nêutrons "Viúva Negra" devorou ​​sua companheira, tornando-se a coisa mais pesada encontrada até agora
Ampliação / Uma estrela de nêutrons em rotação oscila periodicamente em radiação de rádio (verde) e raios gama (roxo) após a ERT. O pulsar da Viúva Negra aquece o lado voltado para sua estrela parceira a temperaturas duas vezes a temperatura da superfície do Sol e evapora lentamente.

Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Astrônomos identificaram a estrela de nêutrons mais pesada conhecida até hoje, pesando 2,35 massas solares, de acordo com último papel Publicado em Astrophysical Journal Letters. Como você ficou tão grande? Provavelmente devorando uma estrela companheira – o equivalente celestial de uma aranha viúva-negra devorando sua companheira. O trabalho ajuda a estabelecer um limite superior sobre o quão massivas as estrelas de nêutrons podem ser, com implicações para nossa compreensão do estado quântico da matéria em seus núcleos.

As estrelas de nêutrons são remanescentes de supernovas. Como editor de ciência Ars John Timmer escreveu no mês passado:

A matéria que compõe as estrelas de nêutrons começa como átomos ionizados perto do núcleo de uma estrela massiva. Uma vez que as reações de fusão de uma estrela param de produzir energia suficiente para neutralizar a atração gravitacional, esse material se contrai e sofre pressões crescentes. A força de esmagamento é suficiente para eliminar as fronteiras entre os núcleos atômicos, criando uma sopa gigante de prótons e nêutrons. No final, até os elétrons da região são forçados a formar muitos prótons, convertendo-os em nêutrons.

Isso finalmente fornece uma força para comprimir a força de esmagamento da gravidade. A mecânica quântica impede que os nêutrons ocupem o mesmo estado de energia nas proximidades, e isso impede que os nêutrons se aproximem demais e, portanto, evitam o colapso em um buraco negro. Mas é possível que haja um estado intermediário entre uma bolha de nêutrons e um buraco negro, onde as fronteiras entre os nêutrons começam a entrar em colapso, resultando em estranhos aglomerados de seus quarks constituintes.

Como não existem buracos negros, os núcleos das estrelas de nêutrons são os objetos mais densos conhecidos no universo e, como estão escondidos atrás do horizonte de eventos, são difíceis de estudar. “Sabemos mais ou menos como a matéria se comporta em densidades nucleares, como acontece no núcleo de um átomo de urânio,” Alex Filippenko disse, astrônomo da Universidade da Califórnia, Berkeley e coautor da nova pesquisa. “Uma estrela de nêutrons é como um único núcleo gigante, mas quando você tem 1,5 massa solar dessa matéria, cerca de 500.000 massas terrestres de núcleos todos agarrados uns aos outros, não está claro como ela vai se comportar”.

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Esta animação mostra o pulsar de uma viúva negra com seu jovem companheiro estelar. A forte radiação e o “vento” do pulsar – um fluxo de partículas de alta energia – aquecem fortemente o lado voltado para o companheiro, evaporando-o com o tempo.

A estrela de nêutrons apresentada nesta pesquisa mais recente é um pulsar, PSR J0952-0607 – ou J0952 para abreviar – localizado na constelação Sextans entre 3.200 e 5.700 anos-luz da Terra. As estrelas de nêutrons nascem girando, e o campo magnético rotativo emite feixes de luz na forma de ondas de rádio, raios X ou raios gama. Os astrônomos podem detectar pulsares à medida que seus feixes varrem a Terra. J0952 era Descoberto em 2017 Graças ao Low-Frequency Radio Telescope (LOFAR), dados de acompanhamento sobre misteriosas fontes de raios gama coletadas pelo Telescópio Espacial Fermi Gamma-Ray da NASA.

O pulsar gira a uma taxa de cerca de uma rotação por segundo, ou 60 por minuto. Mas J0952 está girando a impressionantes 42.000 rotações por minuto, tornando-se o segundo pulsar mais rápido conhecido até hoje. A hipótese atualmente preferida é que esses tipos de pulsares já fizeram parte de sistemas binários, gradualmente eliminando suas estrelas companheiras até que elas evaporassem. É por isso que essas estrelas são conhecidas como pulsares da Viúva Negra – o que Liga para Filippenko O estado de ingratidão cósmica:

O caminho evolutivo é bastante notável. Ponto de exclamação duplo. À medida que a estrela companheira evolui e começa a se transformar em uma gigante vermelha, o material penetra na estrela de nêutrons, e esta orbita a estrela de nêutrons. Ao girar, agora é incrivelmente energético, e um vento de partículas começa a sair da estrela de nêutrons. Então esse vento atinge a estrela doadora e começa a retirar a matéria, e com o tempo, a massa da estrela doadora se reduz à massa de um planeta, e se passar mais tempo, ela desaparece completamente. Então, é assim que os pulsares de milissegundos podem se formar. Eles não estavam sozinhos no início – eles tinham que estar em um par – mas gradualmente evaporaram de seus companheiros e agora estão distantes.

Este processo explica como J0952 se tornou tão pesado. Tais sistemas são uma bênção para cientistas como Filippenko e seus colegas, que desejam pesar estrelas de nêutrons com precisão. O truque é encontrar sistemas binários de estrelas de nêutrons em que a estrela companheira é pequena, mas não muito pequena para ser detectada. Das dezenas de pulsares da Viúva Negra que a equipe estudou ao longo dos anos, apenas seis atenderam a esses critérios.

Os astrônomos mediram a velocidade de uma estrela fraca (um círculo verde) que foi despojada de quase toda a sua massa por uma companheira invisível, uma estrela de nêutrons e um pulsar de milissegundo, que eles determinam ser o mais massivo até agora e possivelmente o limite superior de estrelas de nêutrons.
Ampliação / Os astrônomos mediram a velocidade de uma estrela fraca (um círculo verde) que foi despojada de quase toda a sua massa por uma companheira invisível, uma estrela de nêutrons e um pulsar de milissegundo, que eles determinam ser o mais massivo até agora e possivelmente o limite superior de estrelas de nêutrons.

Observatório WM Keck, Roger W. Romani, Alex Filippenko

A estrela companheira de J0952 tem 20 vezes a massa de Júpiter e está orbitalmente travada em órbita com o pulsar. O lado voltado para J0952 é, portanto, muito quente, com temperaturas chegando a 6.200 K (10.700 graus Fahrenheit), tornando-o brilhante o suficiente para ser observado com um grande telescópio.

Filpenko et ai. Ele passou os últimos quatro anos fazendo seis observações de J0952 usando o telescópio Keck de 10 metros no Havaí para capturar a estrela companheira em pontos específicos em sua órbita de 6,4 horas ao redor do pulsar. Eles então compararam os espectros resultantes com os espectros de estrelas semelhantes ao Sol para determinar a velocidade orbital. Isso, por sua vez, permitiu que eles calculassem a massa do pulsar.

Encontrar mais desses sistemas ajudará a colocar mais restrições no limite superior de quão grandes as estrelas de nêutrons podem se tornar antes de entrar em colapso em buracos negros, além de espalhar teorias concorrentes sobre a natureza da sopa de quarks em seus núcleos. “Podemos continuar a procurar viúvas negras e estrelas de nêutrons semelhantes patinando perto da borda do buraco negro”, Filipenko disse. “Mas se não encontrarmos nenhum, isso aumenta o argumento de que 2,3 massas solares é o verdadeiro limite, após o qual eles se tornam buracos negros”.

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.3847 / 2041-8213 / ac8007 (Sobre DOIs).

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