Domů     Vesmír
Opavští fyzikové měří „obezitu“ neutronových hvězd. Navazují na výzkum legendárního Kipa Thorna
Martin Janda
od Martin Janda 7.5.2022
This artist’s impression shows the exotic double object that consists of a tiny, but very heavy neutron star that spins 25 times each second (right), orbited every two and a half hours by a white dwarf star (left). The neutron star is a pulsar named PSR J0348+0432 that is giving off radio waves that can be picked up on Earth by radio telescopes. Although this unusual pair is very interesting in its own right it is also a unique laboratory for testing the limits of physical theories. As the pulsar is so small the relative sizes of the two objects are not drawn to scale.

Opavští fyzikové se kromě černých a červích děr (viz PANORAMA 21.STOLETÍ 1/2022) věnují výzkumu i dalších mimořádně kompaktních objektů ve vesmíru. Jedním z nich jsou neutronové hvězdy – mimořádně husté pozůstatky po vzplanutích supernov, které jsou tvořeny velmi hustou látkou složenou převážně z neutronů.

V nedávné vědecké práci se zaměřili na poměrně nově zkoumanou vlastnost – míru kompaktnosti blízko jejího povrchu, kterou obrazně nazvali pracovně „obezitou“. Navazují tak na výzkum legendárního astrofyzika Kipa Thorna, který se proslavil mimo jiné tím, že se podílel na scénáři filmu Interstellar z roku 2014..

Neutronová hvězda je velmi hmotný a extrémně malý stelární objekt (s extrémní hustotou při poloměru jen několika desítek kilometrů, ale hmotnosti až několika Sluncí), který je pozůstatkem po výbuchu supernovy typu Ib, Ic nebo II (hmotné hvězdy, které na sklonku svého života ztratí velkou část hmoty silnými hvězdnými větry nebo gravitační interakcí s dalším hvězdným průvodcem).

reklama

V závěrečné fázi života velmi hmotné hvězdy její vlastní gravitace stlačí jádro do obřích hustot a tlaků a toto jádro se stává neutronovou hvězdou, tvořenou tzv. degenerovaným neutronovým plynem (elektrony jsou „vtlačeny“ do protonů a vznikají neutrony) zachovávající si mimořádně silné magnetické pole.

Jde vlastně o takový „zamrzlý“ pozůstatek po hmotné hvězdě, která ovšem neměla dostatek hmoty na to, aby se stala černou dírou (extrémně kompaktní objekt, který je díky své gravitaci vtlačen pod horizont událostí, tedy pod hranici, která nedovolí uniknout ani částicím světla).

Pokud jsou neutronové hvězdy dobře „namířené“ svou rotační osou směrem k Zemi, můžeme pozorovat pravidelné záblesky s velmi velkou frekvencí, které se dají přirovnat k blikajícímu majáku. Takovému typu neutronových hvězd se říká pulzar.

V opačném případě lze detekovat díky záření hmoty, která na ní dopadá z okolí a vytvoří tzv. akreční disk.

Srovnání velikosti neutronové hvězdy a Mnichova

V 60. letech minulého století se američtí astrofyzikové Kip Thorne a James Hartle pokusili matematicky popsat vnějšek pomalu a stabilně rotujícího hmotného tělesa s využitím obecné teorie relativity pomocí legendárních Einsteinových rovnic, přičemž v podstatě popsali chování takové neutronové hvězdy v časoprostoru.

reklama

Problém ale je, že i když neutronové hvězdy existují a můžeme je pozorovat (například jako zmíněné pulzary), nikdo v jejich blízkém okolí nikdy nebyl a dá se jen odhadovat, jak taková neutronová hvězda opravdu vypadá.

Hartleho-Thorneův model je přitom jistou „odnoží“ obecného matematického modelu novozélandského astrofyzika Roye Kerra, jednoho z největších současných vědců, který vytvořil základy teoretického výzkumu rotujících černých děr.

„Hartle s Thornem tedy našli matematickou cestu, jak neutronové hvězdy či další hmotné kompaktní objekty od černých děr odlišit. Více ale modely nedokázaly,“ upřesňuje prof. Zdeněk Stuchlík z Fyzikálního ústavu v Opavě.

Anne Hathaway ve snímku Christophera Nolana Intestellar, na jehož přípravě se podílel i Kip Thorne

Opavští fyzikové přišli s novým nástrojem, jak lépe poznat „tělo“ neutronové hvězdy. Ve své nové vědecké práci navazují na všechny tři známé fyziky (ze kterých je veřejnosti nejznámější je právě nositel Nobelovy ceny Kip Thorne díky své účasti na přípravě scénáře k filmu Interstellar).

reklama

Vycházejí z toho, že díky Hartleovu-Thorneovu modelu jsou schopni odlišit neutronovou hvězdu od černé díry a následně vyhodnocují její interakci s okolní hmotou, pokud je neutronová hvězda součástí dvojhvězdy.

„Zavedli jsme pracovní teorii, které říkáme teorie rezonanční výhybky,“ popisuje Mgr. Kateřina Klimovičová, spoluautorka vědecké práce. Tato teorie pomáhá popsat změny vysokoenergetického rentgenového záření, spojeného s periodickými oscilacemi v discích kolem neutronových hvězd, které pocházejí z hmoty „vysáté“ z druhé hvězdy.

„Právě tyto oscilace jsou odlišné od těch, které pozorujeme u černých děr obecně interagujících se svým okolím jinak velmi podobně, a tak můžeme s jistotou říct, že jde o neutronovou hvězdu,“ popisuje Dr. Andrea Kotrlová, další spoluautorka vědecké práce.

Doc. Jan Shee a doc. Gabriel Torök, členové vědeckého týmu, pak doplňují: „Díky těmto oscilacím jsme schopni celkem přesně určit parametry neutronových hvězd – například hmotnost nebo rychlost rotace.“ Jednou ze zajímavých vlastností, kterou fyzikové na základě nového modelu odhalili, je fakt, že neutronová hvězda mění rovněž svůj obvod.

„Tuto vlastnost jsme nazvali ‘obezitou’ neutronových hvězd a z vědeckého hlediska je to extrémně zajímavý jev, který posouvá výzkum těchto objektů významně dopředu. Obezita neboli kompaktnost v podstatě popisuje chování hmoty uvnitř neutronové hvězdy na úrovni elementárních částic, což můžeme fyzicky porovnat s experimenty prováděnými na urychlovačích.

Poprvé tak začínáme hlouběji chápat tyto doposud stále poměrně záhadné kosmické objekty,“ uzavírá profesor Stuchlík.

reklama
Související články
S koncem roku 2022 nebo počátkem roku 2023 by definitivně měla přestat fungovat sonda InSight, která od listopadu 2018 operuje na povrchu Marsu. Ačkoliv se předpokládalo, že její mise v drsném prostředí rudé planety potrvá pouze dva pozemské roky, fungovala sonda nepřetržitě více než dvakrát delší dobu. Důvodem, proč se sonda brzy uloží k věčnému odpočinku […]
Ze všech planet, měsíců a asteroidů, kam až lidské oko kdy dohlédlo, je Země tím nejlepším místem pro život. Má jedinou nevýhodu – není nafukovací. Naštěstí je všude kolem celá volná sluneční soustava. Kdysi jsme o ni věděli žalostně málo, dnes – díky přelomovým objevům – už víme mnohem víc… Zaměstnala hlavu Pythagorovi i starověkým […]
Že kdysi dávno alespoň část Marsu pokrýval rozsáhlý oceán, o tom už z vědecké obce pochybuje málokdo. Ostatně, dodnes je na Marsu nemálo ledu a vědci zde pozorovali i kapalnou solanku. A i když je Mars proti Zemi malá planeta, ani ona se nevyhnula srážkám s planetkami či kometami. V případě, že nezvaný návštěvník z […]
Loni v únoru oznámila Evropská kosmická agentura (ESA), že v březnu spustí po 11 letech nábor nových astronautů. Dorazilo jí téměř 23 000 žádostí, z toho 202 z České republiky. Nyní ESA představila vybrané astronauty… Uchazeče čekalo náročné prověřování a testy. Do prvního kola se přihlásilo 22 589 lidí, z toho 24 % žen. Mezi […]
Střední Ameriku vojensky, kulturně i technologicky ovládali po 1200 let, dokud je nepřemohlo úmorné sucho. V období největšího rozmachu položili základy oborů astronomie, matematiky i stavitelství, čímž pomyslnou studnici vědomostí naplnili doslova po okraj. A současní vědci z ní pijí dosud… Jejich znalosti zdaleka předčily dobu i největší kapacity astronomie v čele s Mikulášem Koperníkem […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz