Naše Slunce je podle všeho osamocenou hvězdou, která jen tak smutně pokukuje po hvězdných párech a vícehvězdných systémech, v nichž se uplatňuje většina hvězd Mléčné dráhy. Astrofyzici je ale potkávají moc rádi, protože kolem nich mohou sestavit spoustu zajímavých výpočtů. A když je dotyčná dvojhvězda opravdu bizarní, tak se mohou dít velezajímavé věci.
Doopravdy bizarní dvojhvězdou je systém vzdálený téměř 7000 světelných let, který zahrnuje pulsar PSR J0348+0432, doprovázený bílým trpaslíkem. Pulsar je vlastně divoce rotující neutronová hvězda, která na nás bliká elektromagnetickým zářením jako vesmírný maják. V tomto případě ale nejde o jen tak ledajaký pulsar. PSR J0348+0432 má sice průměr kolem 20 kilometrů, ale zároveň se hmotností vyrovná 1,8 násobku Slunce, což z něj dělá neobvykle těžkou neutronovou hvězdu. Ve skutečnosti je to jedna z nejtěžších neutronových hvězd, jaké jsme doposud nalezli. Gravitace na povrchu tohoto pekelného tělesa, rotujícího rychlostí 25 otáček za sekundu, musí být zhruba 300 miliardkrát silnější, nežli na povrchu Země. Kolem pulsaru obíhá bílý trpaslík, který to stihne jednou za 2,46 hodiny. Astrofyzici jsou nesmírně nadšeni, protože takový hvězdný systém je nádherně předurčen k intenzivnímu výzkumu a testování významných fyzikálních konceptů.
Systém s pulsarem PSR J0348+0432 objevil početný mezinárodní tým, v jehož čele stál John Antoniadis z Max Planck Institute for Radio Astronomy v německém Bonnu. Využili k tomu chilskou soustavu dalekohledů Very Large Telescope a také radioteleskopy. Záhy jim bylo zřejmé, že se vzhledem k extrémní povaze místní neutronové hvězdy tenhle systém velmi hodí k důkladnému proklepnutí Einsteinovy obecné teorie relativity z roku 1915, která popisuje gravitaci jako zakřivení časoprostoru a jak je známo, doposud srdnatě odolává všem pokusům o vyvrácení. Jenže zatím ještě nikdy nečelila takové výzvě. Pro obecnou teorii relativity to byl krok do neznáma.
Antoniadis a spol. pozorovali soustavou Very Large Telescope bílého trpaslíka a zároveň radioteleskopy pravidelně tikající masivní neutronovou hvězdu. V takto těsné dvojhvězdě dochází k intenzivnímu vyzařování gravitačních vln a tím pádem i ke ztrátě energie. To by mělo způsobovat nepatrné změny oběžné doby bílého trpaslíka. Jde o to, že se v tomto bodu předpovědi Einsteinovy obecné teorie relativity a soupeřících teorií rozcházejí. A by byl hřích to nevyužít.
Pozorování Antoniadisova týmu byla tak přesná, že se jim změnu oběžné doby skutečně povedlo změřit, přičemž zjistili, se zpomaluje o 8 miliontin sekundy za rok. To je ovšem slavné vítězství pana Einsteina, jehož obecná relativita teď působí velmi neporazitelným dojmem. Teď ještě zbývá smířit koncept gravitace obecné relativity s kvantovou mechanikou a pochopíme podstatu celého vesmíru. To bude samozřejmě ještě nějakou chvíli trvat, ale výzkum systému PSR J0348+0432 teď podle všeho pojede na plné obrátky. Letitá obecná teorie relativity dráždí astrofyzikální esa a jistě ji brzy v tomto systému otestují znovu, s ještě větší přesností.
O komentář jsme v této věci požádali specialistu na neutronové hvězdy a pulsary Martina Urbance z Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě. Publikovaný objev je podle něj zajímavý hned z několika hledisek. Velká hmotnost pulsaru byla změřena jiným způsobem než v případě podobně hmotného pulsaru J1614-2230 (Demorest et al. Nature 2010). To výrazně zvyšuje pravděpodobnost, že tak hmotné objekty vskutku existují a nemusejí být výjimečné. Zajímavé je také to, že se oba tyto pulsary nacházejí v binárním systému s bílým trpaslíkem. Takto hmotné neutronové hvězdy podle Urbance umožňují studovat chování hmoty za extrémních hodnot hustoty a tlaku, kterých nemůžeme na Zemi dosáhnout. Umožňuje to například zkoumat, zda se neutrony za vyšších tlaků "rozpustí" na kvarky, či zda a za jakých podmínek dochází k objevování tzv. hyperonů. To jsou částice, které obsahují i strange kvark, zatímco neutrony a protony se skládají pouze z up a down kvarků. Neutronové hvězdy tak slouží i jako unikátní laboratoře jaderné fyziky.
Literatura
National Radio Astronomy Observatory News 25.4. 2013. ESO News 25.4. 2013, Science online 26.4. 2013, Wikipedia (Binary star, General relativity).
Obří rádiové pulzy pulsarů jsou ještě extrémnější
Autor: Stanislav Mihulka (12.04.2021)
Cygnus X-1 překvapila. Je hmotnější a vzdálenější než jsme mysleli
Autor: Stanislav Mihulka (23.02.2021)
Nabíjení pulsaru pro extrémní výtrysk záření v přímém přenosu
Autor: Stanislav Mihulka (14.06.2020)
Dvě tváře neutronové hvězdy
Autor: Dagmar Gregorová (24.07.2018)
Pulzar černá vdova sežere svého hnědého trpaslíka
Autor: Stanislav Mihulka (30.05.2018)
Diskuze:
Co kdyby?
Ondřej Dvořák,2013-05-09 22:30:06
Co kdyby gravitace nebyla odvislá od hmoty jako takové, nýbrž byla by vlastností prostoru?
Představte si, že prostor tlačí všesměrně na všechnu hmotu v něm, tudíž na úsečce mezi dvěma hmotnými předměty vzniká prázdný, odstíněný prostor, který ty dva předměty "přitahuje" k sobě. Jeden k druhému. Dokud se neustálí na dynamické rovnováze oběžné dráhy, nebo nepřitáhnou úplně.
Potom by gravitace byla odvislá nikoliv jenom od množství a hustoty hmoty, ale především od velikosti samotného tělesa, jelikož ta by byla mírou odstínění.
V podstatě by ve vakuová nádoba, která je sama formou i obsahem, kterou zveme prostor, hmota měla směrem k okrajům "gravitační stíny", které by se různě protínaly a byly by závislé především od velikosti tělesa.
Potom by taková neutronová hvězda neměla gravitaci o mnoho větší větší než asteroid podobné velikosti. Lišila by se pouze absolutním zahuštěním hmoty, tudíž by nedocházelo k žádnému prostupu "gravitačních vln", tak jako je tomu u hmoty naředěnější, kupříkladu planety.
Detektory gravitačných vĺn
Maroš Štulajter,2013-05-01 23:01:35
Ako pracujú samotné detektory na vyhľadávanie gravitačných vĺn, napr. LIGO (signálov ktoré môžu byť ako dáta pre výkonné počítače.
Hmm
Martin Bartůněk,2013-05-01 19:56:30
By mě zajímalo, co se panu Urbanci honilo hlavou, když řekl nesmysl typu "Umožňuje to například zkoumat, zda se neutrony za vyšších tlaků "rozpustí" na kvarky, či zda a za jakých podmínek dochází k objevování tzv. hyperonů."
podivné a hybriní hvězdy
Martin Urbanec,2013-05-01 20:58:32
Dobry den. Jedna hypoteza (od Wittena) rika, ze hmota slozena z uds kvarku je nejstabilnejsi ve Vesmiru. Diky ni se uvazuji jako jeden z moznych objektu tzv. podivne hvezdy, ktere by hmotu z kvarku meli dokonce od centra az k povrchu (tzv. bare strange stars). Zaroven se pomerne standardne uvazuje, ze od urcite hodnoty hustoty (tlaku) se neutrony "rozpusti" a latka z podivne hmoty (uds kvarky) se objevi v jadru kompaktnich hvezd. Pokud by to tak bylo, tak cim hmotnejsi hvezda, tim vetsi pravdepodobnost, ze se ta hmota objevi (diky vyssim hodnotam centralniho tlaku). Vlastnosti takove hmoty by mely dopad na vlastnosti neutronovych hvezd. Podobne veci plati pro hyperony a jejich vyskyt v neutronovych hvezdach.
zdravi M.U.
PS: Pokud mate vetsi zajem o danou problematiku neni problem najit si k tomu volne dostupnou literaturu (clanky). Pripadne je mohu zaslat sam.
Kvarková hmota, hyperonová hmota
Vladimír Wagner,2013-05-01 21:20:13
Víte pane Bartůněk, než začnete o někom uvažovat, že říká nesmysl, tak by bylo dobré alespoň trochu se o věci informovat. V době internetu a v okamžiku, kdy u něj sedím, tak je to docela triviální.
Takže, zatím nevíme přesně, jak se chová velmi hustá jaderná hmota, která by měla být v nitru neutronových hvězd. Existují hypotézy, že by mohla být ve formě chladného kvark-gluonového plazmatu nebo ve formě hmoty složené z hyperonů (částice podobné neutronům ale s podivností). Právě u velmi hmotných neutronových hvězd by tomu tak mohlo být. Kvark-gluonové plazma či hyperonová hmota má jinou hustotu a další vlastnosti než neutronová hmota. Právě vhodný binární systém umožňuje určit velmi přesně hmotnost i poloměr neutronové hvězdy a tedy i hustotu jejího nitra a tím i z čeho je složené. A přesně to měl na mysli kolega Urbanec.
Jinak, teoreticky by mohlo jít místo neutronové hvězdy i o hvězdu podivnou (kvarkovou), viz zde (jedná se o článek z konce minulého století): http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/podivne/podivne.html
Ještě novější populární článek o různých fázích
Vladimír Wagner,2013-05-01 21:23:13
jaderné hmoty: http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/qgp/vesmir.pdf
a
http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/qgp/stavrov.pdf
Re Martin Urbanec
Martin Bartůněk,2013-05-01 21:24:47
Já tuto teorii znám, podivnost spatřuji v tom, že se chcete na kvarky dívat do 7000 světelných let vzdálené 20km velké "hvězdy" ;-)
re
Martin Urbanec,2013-05-01 22:01:19
Ten zpusob je srovnani vlastnosti hvezd s teorii. Idealne vztahu hmotnost - polomer hvezdy. Ale uz samotna vysoka hmotnost je prvni zpusob jak testovat ruzne teorie. Kazda teorie umoznuje hmotnosti pouze do urcite hodnoty. Prave vyskyt hyperonu byl dlouho povazovan za nepravdepodobny, protoze maximalni hmotnost daval prilis nizkou. Az zahrnuti prispevku tricasticovych interakci k vazebne energii jej vratilo zpet do hry. To, ze jsou ty objekty tak male, pri dane hmotnosti, je naprosto klicove, presne jak popsal kolega Wagner. Proto je tam jaderna fyzika tak dulezita.
Kdyz jsem chodil do skoly
Vaclav KI,2013-05-01 14:23:53
tak v ucebnici fyziky pro prvni rocnik byl obrazek toho velkeho bubnu na detekci gravitacnich vln s tim panem experimentatorem, myslim ze to byl Weber nebo tak nejak se jmenoval, a jednalo se o experiment snad dokonce nekdy ze sedesatych let? Vim ze od te doby byly dany do provozu lepsi a lepsi detektory, ale porad nic.
Kdyz ovsem rikate "Současné detektory gravitačních vln jsou schopny zaznamenat splynutí neutronových hvězd..." tak tim zrejme myslite, ze v takovem pripade by byly schopny to zaznamenat, nikoli ze uz neco takoveho bylo zaznamenano. Skoro ve me hrklo kdyz jsem to cetl, ale asi jde jen o nejednoznacny vyklad te vety.
Sice to vypada jako jasna vec, ze kdyz se zkracuje ta obehova perioda, ze co jineho by za to mohlo byt zodpovedne, ze ano. Jenze fyzika kolikrat byva trnita a tady me to prijde, jako kdybysme rikali hop, nez preskocime. Chci tim rici, ze si dovedu predstavit, ze ta energie se mozna ztraci jinym zpusobem, nez gravitacnim vlnenim - treba vlnenim neceho jineho, nez gravitacniho pole.
U toho me totiz prijde dost podezrele, ze se porad nic nenaleza a pritom aspon ty pozdejsi, modernejsi detektory byly postavene s tim, ze by mohly detekovat jevy, ktere nejsou tak vzacne, jako ty ktere zminujete, a ktere se asi zrejme uz udaly, jen nebylo nic detekovano, takze se ceka na ty silnejsi nebo blisi jevy, ktere jsou ale vzacne.
Nepřímý důkaz existence gravitačních vln
Vladimír Wagner,2013-05-01 14:32:01
je opravdu velmi silný. Hodnota toho zkracování periody oběhu totiž velmi přesně odpovídá tomu, co předpovídá obecná teorie relativity.
Takové splynutí neutronových hvězd a i další jevy ve vhodné vzdálenosti, které by současné detektory zaznamenat jsou velmi vzácné. Takže zatím se žádný takový zachytit nepodařilo.
Souhlasim,
Vaclav KI,2013-05-01 16:31:58
ze ten argument je silny, ale sila jeste pravdu necini, podobne jako pocet privrzencu neceho z toho jeste pravdu necini.
Taky si rikam, k cemu to kdy bude, pri vedomi toho, ze predem vetsinou nevime co k cemu bude, jako kdyz se prislo na tu elmag radiaci. Nevypada to, ze budeme za nejaky cas schopni stavet detektory grav. vln takove citlivosti, ze nam aspon do nejake miry poskytnou nejaky takovy nahled do vesmiru, jako nam ted poskytuje to elmag vlneni. Jestli to nebude jen takova zajimavost a dalsi potvrzeni OTR, ale ke studiu vesmiru to nebude nejak moc uzitecne. Mate na pane Wagnere nejaky nazor?
Jen zajímavost to určitě nebude
Vladimír Wagner,2013-05-01 21:28:04
Detekce gravitačních vln umožní identifikovat a studovat velice specifické jevy při kterých vzniká černá díra. A může jít o procesy, které se nemusí projevit pozorovatelnou emisí ve viditelném či jiném záření (o temných supernovách jsem psal v nedávném článku o neutrinech a supernovách). Může to být i tím, že jsou zastíněny. Určitě půjde o zvrat v řadě oborů.
Ale byly ty gravitacni vlny jiz detekovane?
Vaclav KI,2013-05-01 11:36:10
"V takto těsné dvojhvězdě dochází k intenzivnímu vyzařování gravitačních vln a tím pádem i ke ztrátě energie."
Anebo zustavaji doposud cistou teorii? Tedy co se detekce jejich prijmu tyka? Myslim ze plati to druhe.
Detekce gravitačních vln
Vladimír Wagner,2013-05-01 12:04:22
Máte pravdu, že přímá detekce gravitačních vln se zatím nezdařila. Na detekci gravitačních vln z těchto binárních systémů v takové vzdálenosti zatím nemáme. Současné detektory gravitačních vln jsou schopny zaznamenat splynutí neutronových hvězd, vznik černé díry a podobné dramatické jevy, které navíc nesmí být příliš daleko. Takže se zatím čeká.
Nepřímou evidencí existence gravitačních vln se pak stalo právě pozorování binárního pulsaru a zkracování periody oběhu jeho neutronových hvězd způsobene vyzařováním gravitačních vln. A právě za to byli Hulse a Taylor oceněni Nobelovou cenou.
Poznámka k velikosti zkracování periody
Vladimír Wagner,2013-05-01 10:49:59
Měl bych jednu poznámku k vyzařování gravitačních vln, která vede ke zkracování oběžné doby. U tohoto nově objeveného systému (jak se píše v článku) je 8 mikrosekund za rok s nejistotou 1,5 mikrosekundy. Zkracování periody u systému PSR 1913-16, za jehož objev a studium dostali Hulse s Taylorem Nobelovu cenu v roce 1993, je 76,0 mikrosekund z nejistotou 0,5 mikrosekundy. Tedy o řád větší a mnohem přesněji změřené. Ověření obecné teorie relativity na vyšší úrovní zde tak bylo již v minulém století. Tedy to "slavné vítězství pana Einsteina, jehož obecná relativita teď působí velmi neporazitelným dojmem" proběhlo již v té době. V případě systému PSR 1913-16 jde o systém dvou neutronových hvězd. Nově objevený systém neutronové hvězdy a bílého trpaslíka je velmi zajímavý a určitě se po dlouhodobějším sledování a tím i zvýšení přesnosti určení příslušných parametrů dráhy a jejich změn stane přínosem pro ověřování i obecné teorie relativity. Ale zatím to opravdu není oproti už dobře známému a testovanému systému dvou neutronových hvězd takový průlom. Systémů dvou kompaktních konečných stádií hvězd je známo více. Ale pořád je jich jen hrozně málo. A jak zmiňuje Martin Urbanec, jde o unikátní možnosti, kromě obecné teorie relativity, testovat i vlastnosti nitra kompaktních konečných stádií hvězd a velmi husté jaderné hmoty. Takže jde opravdu o zajímavý objev. Ale zatím ne o průlom v testování obecné teorie relativity.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
