Onderzoekers van de West Virginia University hebben geholpen bij het ontdekken van de meest massieve neutronenster tot nu toe, een doorbraak ontdekt door de Green Bank Telescope in Pocahontas County.

De neutronenster, genaamd J0740+6620, is een snel draaiende pulsar die 2,17 keer de massa van de zon inpakt (dat is 333, 000 keer de massa van de aarde) in een bol van slechts 20-30 kilometer, of ongeveer 15 mijl, aan de overkant. Deze meting nadert de grenzen van hoe massief en compact een enkel object kan worden zonder zichzelf in een zwart gat te verpletteren.

De ster werd gedetecteerd ongeveer 4, 600 lichtjaar van de aarde. Een lichtjaar is ongeveer zes biljoen mijl.

Deze bevindingen, van het door de National Science Foundation gefinancierde NANOGrav Physics Frontiers Center, werden vandaag (16 september) gepubliceerd in Natuurastronomie .

Auteurs op het papier zijn onder meer Duncan Lorimer, astronomieprofessor en Eberly College of Arts and Sciences associate dean for research; Eberly Distinguished Professor in Natuurkunde en Sterrenkunde Maura McLaughlin; Nate Garver-Daniels, systeembeheerder bij de vakgroep Natuur- en Sterrenkunde; en postdocs en oud-studenten Harsha Blumer, Paul Beek, Piet Gent, Megan Jones en Michael Lam.

De ontdekking is een van de vele toevallige resultaten, McLaughlin zei, die zijn ontstaan ​​tijdens routinematige waarnemingen als onderdeel van een zoektocht naar zwaartekrachtsgolven.

"Bij de Groene Bank, we proberen zwaartekrachtsgolven van pulsars te detecteren, "zei ze. "Om dat te doen, we moeten veel milliseconde pulsars observeren, die snel roterende neutronensterren zijn. Dit (de ontdekking) is geen detectiedocument voor zwaartekrachtgolven, maar een van de vele belangrijke resultaten die uit onze waarnemingen zijn voortgekomen."

De massa van de pulsar werd gemeten door middel van een fenomeen dat bekend staat als 'Shapiro Delay'. In essentie, zwaartekracht van een witte dwerg begeleidende ster vervormt de ruimte eromheen, in overeenstemming met de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Dit zorgt ervoor dat de pulsen van de pulsar net iets verder reizen terwijl ze door de vervormde ruimtetijd rond de witte dwerg reizen. Deze vertraging vertelt hen de massa van de witte dwerg, die op zijn beurt een massameting van de neutronenster oplevert.

Neutronensterren zijn de gecomprimeerde overblijfselen van massieve sterren die supernova zijn geworden. Ze worden gemaakt wanneer reuzensterren sterven in supernova's en hun kernen instorten, waarbij de protonen en elektronen in elkaar smelten om neutronen te vormen.

Om de massa van de ontdekte neutronenster te visualiseren, een enkele suikerklontje aan neutronenstermateriaal zou 100 miljoen ton wegen hier op aarde, of ongeveer hetzelfde als de gehele menselijke populatie.

Terwijl astronomen en natuurkundigen deze objecten al tientallen jaren bestuderen, er blijven veel mysteries over de aard van hun interieurs:worden verpletterde neutronen "supervloeibaar" en kunnen ze vrij stromen? Vallen ze uiteen in een soep van subatomaire quarks of andere exotische deeltjes? Wat is het omslagpunt wanneer de zwaartekracht het wint van de materie en een zwart gat vormt?

"Deze sterren zijn erg exotisch, " zei McLaughlin. "We weten niet waar ze van gemaakt zijn en een heel belangrijke vraag is:'Hoe massief kun je een van deze sterren maken?' Het heeft implicaties voor zeer exotisch materiaal dat we simpelweg niet kunnen creëren in een laboratorium op aarde."

Pulsars danken hun naam aan de dubbele bundels radiogolven die ze uitzenden vanaf hun magnetische polen. Deze balken zwaaien door de ruimte op een vuurtorenachtige manier. Sommige roteren honderden keren per seconde.

Omdat pulsars met zo'n fenomenale snelheid en regelmaat ronddraaien, astronomen kunnen ze gebruiken als het kosmische equivalent van atoomklokken. Zo'n nauwkeurige tijdwaarneming helpt astronomen de aard van ruimtetijd te bestuderen, de massa's van stellaire objecten meten en hun begrip van de algemene relativiteitstheorie verbeteren.