Odkryto nietypową gwiazdę neutronową. To kandydatka na gwiazdę dziwną, składającą się z kwarków

W tym artykule:

1. Jak powstają gwiazdy neutronowe?
2. Kandydatka na gwiazdę dziwną
3. Co to jest dziwna materia?
4. Tajemnicza gwiazda

Nietypowa gwiazda znajduje się w pozostałości po supernowej oznaczonej jako HESS J1731-347. Jest bardzo mała i bardzo gęsta, przez co można by uznać ją za gwiazdę neutronową. Jednak jest jeden szczegół, który się nie zgadza. Gwiazda ma masę wynoszącą zaledwie 0,77 masy Słońca. To mniej niż przewidują teorie.

Naukowcy, którzy oszacowali masę i promień tego nietypowego obiektu, proponują, by uznać go za kandydatkę na gwiazdę dziwną. Czyli gwiazdę składającą się z materii złożonej z kwarków. Nie ma pewności, czy gwiazdy dziwne w ogóle istnieją – na razie mówią o nich wyłącznie hipotezy. Gdyby jednak istniały, miałyby własności jeszcze bardziej zaskakujące niż gwiazdy neutronowe.

Jak powstają gwiazdy neutronowe?

Ostatni etap życia gwiazd znacznie cięższych od Słońca – o masie wynoszącej od 10 do 25 mas naszej gwiazdy – jest spektakularny. Po ustaniu reakcji termojądrowych, jakie zachodzą w ich wnętrzu, gwiazdy te odrzucają swoje zewnętrzne warstwy w gigantycznym wybuchu, czyli supernowej. Po supernowej pozostaje rozległa mgławica oraz jądro pierwotnej gwiazdy.

Jądro jest niezwykle małe i niezwykle gęste. Znajdujące się w nim neutrony, protony i elektrony są ściskane przez potężną siłę grawitacji. Odległości między protonami i elektronami stają się coraz mniejsze, aż w końcu łączą się one ze sobą, tworząc neutrony. Tak powstaje nieduży obiekt – o średnicy zaledwie 20-25 km – składający się głównie z niebywale gęsto upakowanych neutronów. Szacuje się, że centymetr sześcienny materii gwiazdy neutronowej ważyłby na Ziemi setki milionów ton.

Według teorii mikroskopijna w skali kosmicznej gwiazda neutronowa powinna mieć masę między 1,1 a 2,3 masy Słońca. Gdyby była cięższa, przekształciłaby się w czarną dziurę. Jeśli zaś byłaby lżejsza, mogłaby być białym karłem (tak właśnie zakończy życie Słońce).

Kandydatka na gwiazdę dziwną

Naukowcy z Uniwersytetu w Tybindze opublikowali w „Nature Astronomy” pracę, w której opisują nietypową gwiazdę neutronową wewnątrz pozostałości po supernowej HESS J1731-34. Wcześniej szacowano, że znajduje się ona ponad 10 tys. lat świetlnych od Ziemi. Badacze uściślili jednak te rachunki. Policzyli, że HESS J1731-347 dzieli od Ziemi 8150 lat świetlnych.

Dokładniejsze oszacowanie odległości – wraz z pomiarami docierającego z tamtego regionu kosmosu promieniowania rentgenowskiego – pomogło precyzyjnie określić rozmiary gwiazdy. Ma ona promień 10,4 km, co jest zgodne z teorią opisującą gwiazdy neutronowe. Jednak jej masa to tylko 0,77 masy Słońca.

– Nasze szacunki wskazują, że ciało niebieskie wewnątrz HESS J1731-347 to najlżejsza znana gwiazda neutronowa, a potencjalnie bardziej egzotyczny obiekt: kandydatka na gwiazdę dziwną – napisali naukowcy w swojej pracy.

Po rozerwaniu i połknięciu gwiazdy czarne dziury „bekają”? „Nigdy czegoś takiego nie widzieliśmy”

Cztery lata temu niewielka gwiazda zbliżyła się do czarnej dziury. Została przez nią rozerwana i pochłonięta. Jednak trzy lata później ta sama czarna dziura znów się uaktywniła. Naukowc...

Co to jest dziwna materia?

Od lat 70. XX w. wiadomo, że protony i neutrony mają „części składowe”. Są nimi kwarki. Odkrycie kwarków, których jest sześć rodzajów, okazało się bardzo istotne dla astrofizyki. Naukowcy rozważający właściwości gwiazd neutronowych zauważyli, że w ich środku grawitacja może być tak silna, że neutrony rozpadną się na kwarki. Gwiazda taka składałaby się z trzech rodzajów kwarków – dolnego, górnego oraz dziwnego. Od tego ostatniego przyjęło się ją nazywać gwiazdą dziwną, a jej budulec v materią dziwną.

Miałaby ona niezwykłe właściwości. Gdyby zniknęła grawitacja, nie rozpadłaby się.

Cząsteczki gazów, z których składa się Słońce, albo neutrony tworzące gwiazdę neutronową są przyciągane do siebie przez siłę grawitacji. Kwarki wiążą inne siły (zwane siłami chromodynamicznymi). Są one na tyle potężne, że powstaje materia o niesłychanej gęstości. – Gęstość masy dziwnej materii kwarkowej jest 4.0x10¹⁴ (400 bilionów) razy większa od gęstości wody (1 g/cm³) – możemy przeczytać na stronie internetowej Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Tajemnicza gwiazda

Naukowcy opisujący gwiazdę wewnątrz HESS J1731-347 nie przesądzają, że jest to gwiazda dziwna. Zastrzegają, że możemy mieć do czynienia z bardzo lekką gwiazdą neutronową. Jednak „tak lekka gwiazda neutronowa, niezależnie od jej potencjalnej struktury wewnętrznej, jest bardzo interesującym obiektem z perspektywy astrofizycznej” – piszą w badaniach.

Dlaczego? Ponieważ znalezienie czegoś, co nie pasuje do teorii, to dla naukowców dobra okazja do poprawienia tej teorii. Albo stworzenia zupełnie nowej.

Źródła: Science Alert, Nature Astronomy, Uniwersytet Jagielloński

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com