W pisaliśmy o obserwacjach narodzin gwiazd neutronowych i czarnych dziur. Standardowa teoria ewolucji gwiazd przewiduje, że odpowiednio
masywne gwiazdy eksplodują pod koniec swojego życia jako gwiazdy supernowe,
pozostawiając najczęściej relatywistyczny obiekt zwarty. W zależności od
(niestety słabo poznanych i zrozumianych) detali budowy masywnych gwiazd oraz
przebiegu implozji, a później eksplozji gwiazdy supernowej, pozostałością jest
obiekt materialny albo czarna dziura. W tym pierwszym przypadku jest to gwiazda neutronowa o masie od do (przy czym górna granica jest
określona w bardzo przybliżony sposób, ponieważ zależy od stanu materii w bardzo dużych gęstościach, o których niewiele wiemy).
Dotychczasowe obserwacje czarnych dziur w układach podwójnych, w których można przeprowadzić pomiar mas składników, wykazują ciekawą zależność:
czarne dziury nie mają mas mniejszych niż około przy czym znów
należy podkreślić, że wartość ta jest oszacowaniem wynikającym z dostępnych
obserwacji.
Pytanie, które nurtuje astronomów, jest następujące: czy ,,szczelina masowa”
(ang. mass gap) – obserwowany brak obiektów o masach pomiędzy a – jest faktem z powodów fundamentalnych, związanych z własnościami supernowych, czy jest złudzeniem wywołanym brakiem odpowiedniej
liczby obserwacji, czy też problem jest bardziej skomplikowany. Postęp, czyli
wspomniane wcześniej detekcje fal grawitacyjnych, pozwolił na rozwiązanie części
zagadki: produkty końcowe zderzeń gwiazd neutronowych w układach podwójnych
mają masy dużo powyżej ( w przypadku GW170817 lub
w przypadku GW190425), zatem najprawdopodobniej są czarnymi
dziurami w ,,szczelinie masowej”, która nie może być zupełnie pusta, ponieważ znajdują
się w niej obiekty stworzone w ten sposób. Kolejne pytania to: ile ich jest
i co się z nimi dzieje później.
Obserwacje międzynarodowego zespołu korzystającego z sieci radioteleskopów
Karoo Array Telescope (MeerKAT, 64 anteny w Parku Narodowym Meerkat na Przylądku
Północnym Afryki Południowej) dostarczają dowody na istnienie obiektu w układzie
podwójnym z radio-pulsarem milisekundowym w znajdującej się 40 000 lat
świetlnych od Układu Słonecznego gromadzie kulistej NGC 1851. Pulsar PSR
J0514-4002E obraca się niezwykle regularnie z częstotliwością 170 Hz. Radioastronomowie stwierdzają, że całkowita masa
układu to a obserwacje w wielu długościach fali
pokazują, że towarzysz pulsara jest również obiektem zwartym.
Jego masa
zawiera się w przedziale od 2,09 do (na poziomie
ufności 95%), czyli jest bardzo prawdopodobne, że jest albo masywną gwiazdą
neutronową blisko co cieszy fizyków jądrowych zainteresowanych
egzotyczną materią znajdującą się w jej wnętrzu, albo kolejnym przedstawicielem
populacji ,,szczeliny masowej” jako niespodziewanie lekka czarna dziura,
która być może jest wynikiem wcześniejszego zderzenia się gwiazd neutronowych.
Oprócz istotnego dla ewolucji gwiazd pierwszego dowodu na istnienie
układu pulsar-czarna dziura, PSR J0514-4002E stwarza zupełnie nowe możliwości
testów ogólnej teorii względności Einsteina oraz badania cech czarnych dziur.
Ewan D. Barr i in., ,,A pulsar in a binary with a compact object in the mass gap between neutron stars and black holes”, Science (2024)