Astronomii chinezi au descoperit un sistem binar format din două stele neutronice, cu o masă totală mai mică decât a oricărui sistem de acest tip identificat până acum.

Sistemul, denumit PSR J1856-0039, le oferă cercetătorilor posibilitatea de a testa teoria relativității generale a lui Albert Einstein în condiții extreme, iar măsurătorile efectuate până în prezent sunt în concordanță cu predicțiile acesteia, relatează Live Science, citând un studiu publicat în revista Physical Review Letters.

Descoperirea a fost realizată cu ajutorul radiotelescopului FAST, din China, și ar putea contribui la o mai bună înțelegere a modului în care se formează stelele neutronice, a proprietăților materiei din interiorul acestora și a originii elementelor grele din Univers.

Un sistem extrem de compact, cu o masă neobișnuit de mică

Stelele neutronice sunt rămășițele extrem de dense ale unor stele masive care au explodat în supernove. Atunci când două astfel de obiecte formează un sistem binar, interacțiunea gravitațională dintre ele oferă un laborator natural pentru studierea fizicii în condiții extreme.

Sistemul PSR J1856-0039 a fost identificat de o echipă coordonată de Han Jinlin, de la Observatorul Astronomic Național al Academiei Chineze de Științe. Acesta conține un pulsar, adică o stea neutronică ce emite impulsuri de radiație detectabile de pe Pământ, care se rotește în jurul propriei axe o dată la 23,4 milisecunde.

Potrivit publicației chineze People’s Daily Online, sistemul are o perioadă orbitală de numai 2,36 ore, fiind al doilea cel mai rapid sistem binar de stele neutronice cunoscut în funcție de acest criteriu. Cele două obiecte se află la o distanță mică unul de celălalt și orbitează într-o configurație compactă, în care efectele relativiste sunt deosebit de pronunțate.

Masa totală a sistemului este de aproximativ 2,488 ori mai mare decât cea a Soarelui, ceea ce îl face cel mai ușor sistem binar de stele neutronice înregistrat până în prezent.

Pulsarul are o masă estimată la aproximativ 1,30 mase solare, în timp ce steaua neutronică însoțitoare are circa 1,19 mase solare. Aceasta din urmă se numără printre cele mai ușoare stele neutronice cunoscute și se apropie de limita minimă teoretică a masei unui asemenea obiect.

Caracteristicile sistemului ar putea ajuta la clarificarea mecanismelor prin care se produc exploziile de supernovă și la înțelegerea condițiilor în care se formează stele neutronice cu mase reduse.

Măsurătorile confirmă predicțiile relativității generale

Radiotelescopul FAST, considerat cel mai sensibil radiotelescop cu antenă unică din lume, a permis identificarea pulsarului în cadrul unei căutări sistematice a unor astfel de obiecte de-a lungul planului galactic. Folosind o metodă de observare de tip „instantaneu”, dezvoltată de echipă, cercetătorii au descoperit până în prezent aproximativ 900 de pulsari noi.

Observațiile ulterioare, realizate cu precizie și pe perioade îndelungate, au permis identificarea unor sisteme neobișnuite, inclusiv PSR J1856-0039.

Pentru a testa teoria relativității generale, cercetătorii au măsurat cu mare precizie momentele la care ajung pe Pământ impulsurile emise de pulsar. Aceste date le-au permis să evalueze mai multe efecte relativiste produse de interacțiunea gravitațională dintre cele două stele neutronice.

Unul dintre indicatorii analizați este degradarea orbitei, proces prin care distanța orbitală și perioada de revoluție se modifică în timp, pe măsură ce sistemul pierde energie prin emiterea de unde gravitaționale. În cazul PSR J1856-0039, rata măsurată a acestui proces este de aproximativ 1,28 × 10−12 secunde pe secundă.

Valoarea este în concordanță cu cea prezisă de teoria relativității generale. Potrivit studiului, abaterea dintre măsurători și predicția teoretică este mai mică de 1%, ceea ce reprezintă o confirmare importantă a modelului lui Einstein.

Cercetătorii au măsurat și precesia periastrului, fenomen prin care punctul de apropiere maximă dintre cele două stele se deplasează treptat de-a lungul orbitei. În sistemul PSR J1856-0039, această precesie are o rată de aproximativ 17,6 grade pe an.

Un alt efect observat este întârzierea Einstein, care se manifestă prin mici întârzieri ale semnalelor emise de pulsar și oferă informații despre modul în care gravitația deformează spațiu-timpul.

Cele două stele neutronice ar putea fuziona în 82 de milioane de ani

Conform modelelor realizate de echipa de cercetare, cele două stele neutronice ar urma să fuzioneze în aproximativ 82 de milioane de ani. În urma coliziunii, ar putea rezulta o stea neutronică mai masivă.

Sistemele binare de acest tip sunt importante și pentru înțelegerea originii elementelor grele din Univers. Fuziunile stelelor neutronice sunt considerate surse importante pentru formarea unor elemente precum aurul și platina, care sunt ulterior dispersate în spațiu.

Studierea unor sisteme cu mase reduse poate contribui, de asemenea, la îmbunătățirea modelelor privind structura internă a stelelor neutronice, inclusiv a relației dintre presiune și densitatea materiei în condiții extreme.

Han Jinlin a subliniat că măsurătorile precise ale maselor și observațiile pe termen lung ale sistemelor binare de pulsari pot oferi informații esențiale despre natura materiei din interiorul stelelor neutronice și despre proprietățile fundamentale ale gravitației.

Datele obținute de la PSR J1856-0039 ar putea contribui și la rafinarea modelelor utilizate pentru identificarea și interpretarea semnalelor de unde gravitaționale, urmărite de detectoare precum LIGO și Virgo.

Un posibil test suplimentar al efectelor relativiste

Observațiile viitoare ale sistemului ar putea permite cercetătorilor să testeze și efectul Lense-Thirring, cunoscut și sub denumirea de „antrenarea” spațiu-timpului. Fenomenul descrie modul în care rotația unui corp masiv influențează spațiu-timpul din jurul său.

Detectarea acestui efect în sistemul PSR J1856-0039 ar putea oferi o nouă oportunitate de verificare a predicțiilor relativității generale.

În ansamblu, descoperirea oferă astronomilor un sistem deosebit de valoros pentru studierea gravitației, a evoluției stelelor neutronice și a proceselor care contribuie la formarea elementelor grele. Observațiile pe termen lung vor fi esențiale pentru a stabili cât de multe dintre aceste fenomene pot fi măsurate cu precizie în acest sistem compact.