Neutronové hvězdy jsou zhroucená jádra hvězd, které v minulosti explodovaly jako supernovy. Obsahují nejhustší pozorovatelnou hmotu ve vesmíru, jen pro představu – běžný čajový šálek naplněný jejich látkou by vážil víc než celý Mount Everest. Mezní fyzikální podmínky panující v neutronových hvězdách z nich činí unikátní přírodní laboratoře, které vědcům umožňují studovat, jak se hmota chová za extrémních hustot a tlaků. (Někteří vědci sice spekulují, že v kosmu by mohly existovat dokonce ještě hustší tělesa, a to kvarkové hvězdy, obsahující tzv. podivnou hmotu, tvořenou směsí individuálních kvarků, ale prozatím se jedná spíš o nepotvrzené hypotézy – viz zpráva o supernově SN 2006gy na serveru časopisu New Scientist.)
„Ve středech neutronových hvězd by se mohly vyskytovat exotické částice nebo stavy hmoty, jako například kvarková hmota, ale je téměř nemožné je vytvořit v laboratorních podmínkách. Jediný způsob, jak je odhalit, je porozumět neutronovým hvězdám,“ říká Sudip Bhattacharyya z Goddardova střediska vesmírných letů. Právě on se spolupodílel na vývoji nové metody, jak změřit průměr neutronových hvězd, který je vedle hmotnosti klíčovým parametrem pro určení jejich skutečné hustoty.
Neutronové hvězdy a binární soustavy
S kolegou Todem Strohmayerem se zaměřili na binární systém označovaný jako Serpens X-1, 26 tisíc světelných let daleko od nás, ve kterém neutronová hvězda „okrádá“ svého hvězdného společníka o jeho materiál.
Neutronové hvězdy se totiž ve valné většině vyskytují v binárních soustavách, osamělých neutronových hvězd bylo dosud objeveno pouze osm. Na tu poslední a nám pravděpodobně vůbec nejbližší (1RXS J141256.0+792204, vzdálenou maximálně tisíc světelných let) narazili astronomové teprve nedávno, zprávy o jejím objevu byly publikovány v polovině letošního srpna. (O tom, že i vědci mají smysl pro humor, svědčí fakt, že původních sedm do té doby známých izolovaných neutronových hvězd pojmenovali Sedm statečných, tu nejnovější z nich pak Calvera. Tomu, kdo někdy viděl veleúspěšnou kovbojku z šedesátých let minulého století, jistě není třeba nic vysvětlovat.)
Deformace spektrálních čar
Ale zpět k systému Serpens X-1. Bhattacharyya a Strohmayer se soustředili na studium spektrálních čar žhavých atomů železa kroužících na vnitřním okraji akrečního disku okolo neutronové hvězdy. Jejich rychlost je závratná, dosahují až 40 % rychlosti světla. Spektrální linie železa v discích neutronových hvězd již dříve zaznamenaly i jiné rentgenové observatoře, ale kvůli nedostatečné citlivosti je nebylo možné podrobně prozkoumat. Pro sondu XMM-Newton to však nebyl problém. Vědci zjistili, že čáry železa jsou v důsledku Dopplerova jevu a relativistických efektů (tzv. beaming) asymetricky rozmazané a zdeformované. Zakřivení časoprostoru způsobené mohutnou gravitací posouvá spektrální linie železa k delším vlnovým délkám, tedy do červena.
„Tyto asymetrické linie jsme už pozorovali u mnoha černých děr, ale toto je první důkaz toho, že je mohou produkovat i neutronové hvězdy. Ukazuje se, že neutronové hvězdy se v tom, jak přitahují a hromadí materiál, od černých děr příliš neliší, a to nám dává nový nástroj ke zkoumání Einsteinovy teorie,“ komentuje objev Strohmayer.
Vědci pozorovali tři neutronové hvězdy
Výzkumná skupina, v jejímž čele stáli Edward Cackett a Jon Miller z Michigenské univerzity (Bhattacharyya a Strohmayer se účastnili i této práce), použila k průzkumu binárních soustav s neutronovými hvězdami japonský rentgenový satelit Suzaku (česky Červený pták). Prověřila hned tři binární systémy: Serpens X-1 a navíc GX 349+2 a 4U 1820-30. Jejich závěry potvrdily výsledky získané observatoří XMM-Newton, družice Suzaku naměřila téměř identické deformace spektrálních čar.
„Vidíme plyn uhánějící těsně při povrchu neutronové hvězdy,“ říká Cackett. „A protože vnitřní část disku zjevně nemůže obíhat kolem neutronové hvězdy blíž, než je její povrch, tak nám tato měření poskytují maximální velikost průměru neutronové hvězdy.“ Z naměřených dat vědci odhadují, že neutronové hvězdy mají nejvýš 30 kilometrů v průměru, což je zcela ve shodě s teoretickými modely.
Astronomové tedy nyní mají k dispozici novou, přesnější metodu měření velikosti neutronových hvězd. Ale i tak je před nimi ještě hodně práce, neutronové hvězdy svá tajemství nevydávají tak snadno. Za vše hovoří Strohmayerova slova na serveru časopisu New Scientist: „U neutronových hvězd, jejichž hmotnost umíme dobře změřit, nám chybí přesnější určení jejich velikosti. U těch, o kterých víme, jak velké by asi mohly být, zas nemáme dostatečně přesná měření jejich hmotnosti. Je to trochu frustrující. Neutronové hvězdy jsou pro nás stále ještě záhadou, kterou je třeba teprve vyřešit. Ale pracujeme na tom.“
Zdroj: www.nasa.gov, www.newscientist.com
