Pulsar w sercu Drogi Mlecznej. Teoria względności przejdzie test?

Pulsary – kosmiczne latarnie morskie

Czy w centrum Drogi Mlecznej odkryto nowy pulsar? Pulsary to pozostałości po masywnych gwiazdach, które eksplodowały jako supernowe, pozostawiając po sobie gęste jądra neutronowe obracające się z ogromną prędkością. Mają promień rzędu kilkunastu kilometrów, ale masę porównywalną z masą Słońca, co czyni je jednymi z najbardziej zwartych obiektów we wszechświecie.

Pulsary emitują regularne impulsy radiowe, niczym kosmiczne latarnie morskie. Najszybsze, tzw. milisekundowe pulsary, obracają się setki razy na sekundę, a regularność ich sygnałów może być lepsza niż w przypadku najlepszych zegarów atomowych.

Pulsar w centrum Drogi Mlecznej

Być może takiego właśnie pulsara udało się astronomom odkryć w pobliżu supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A*, znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej. Pulsar o okresie rotacji zaledwie 8,19 milisekundy został zidentyfikowany na podstawie danych z programu Breakthrough Listen Galactic Center Survey. To jeden z najczulszych przeglądów radiowych centrum naszej galaktyki, wykonany 100-metrowym radioteleskopem Green Bank w Wirginii Zachodniej.

Kandydat na pulsara w sercu Drogi Mlecznej został zidentyfikowany spośród blisko 6 tysięcy sygnałów. Niestety, w kolejnych obserwacjach sygnału nie udało się potwierdzić. Oznacza to, że na razie pozostaje on „podejrzanym numer jeden”, a nie stuprocentowo potwierdzonym pulsarem. Stawka tego odkrycia jest jednak na tyle duża, że naukowcy udostępnili surowe dane publicznie. Chcą w ten sposób umożliwić niezależne analizy innym grupom badawczym na całym świecie.

Jeśli to odkrycie się potwierdzi, może mieć ogromne znaczenie dla nauki. Po pierwsze, wyjątkowa jest lokalizacja domniemanego pulsara. Symulacje ewolucji gwiazd i gęstości materii w centrum Drogi Mlecznej sugerują, że w pobliżu Sagittarius A powinny istnieć setki, a nawet tysiące gwiazd neutronowych, w tym wiele pulsarów radiowych. Niestety, mimo wieloletnich kampanii obserwacyjnych, w ścisłym centrum naszej galaktyki wykryto zaledwie kilka tego typu obiektów.

Naukowcy przetestują teorię względności Einsteina?

Po drugie, pulsar w pobliżu supermasywnej czarnej dziury umożliwiłby naukowcom przetestowanie ogólnej teorii względności Einsteina. Ekstremalna powtarzalność czyni bowiem z pulsarów idealne narzędzie do testowania subtelnych efektów grawitacyjnych.

Każdy zewnętrzny wpływ na pulsar, taki jak przyciąganie grawitacyjne masywnego obiektu, wprowadziłby anomalie w tym stałym napływie impulsów, które można zmierzyć i modelować. Ponadto, gdy impulsy przemieszczają się w pobliżu bardzo masywnego obiektu, mogą ulec odchyleniu i wystąpić opóźnienia czasowe z powodu zakrzywienia czasoprzestrzeni, zgodnie z przewidywaniami ogólnej teorii względności Einsteina.

– wyjaśnia dr Slavko Bogdanov z Columbia Astrophysics Laboratory.

Zgodnie z analizami teoretycznymi, precyzyjne śledzenie czasu nadejścia impulsów pozwoliłoby zmierzyć m.in. efekty dylatacji czasu w silnym polu grawitacyjnym, ugięcie toru fal radiowych czy zjawisko „wleczenia” czasoprzestrzeni przez obracającą się masę.

Sagittarius A* – co naprawdę znajduje się w centrum naszej galaktyki?

Sagittarius A* znajduje się w gwiazdozbiorze Strzelca, ok. 26 tys. lat świetlnych od Ziemi. Od dekad uznawany jest za supermasywną czarną dziurę o masie ok. 4 mln razy większej od masy Słońca. O jej masie i naturze wnioskujemy pośrednio, obserwując m.in. orbity pobliskich gwiazd. Ponadto w 2022 roku sieć radioteleskopów Event Horizon Telescope ujawniła jej charakterystyczny „cień” otoczony jasnym pierścieniem.

Najnowsze analizy zdają się jednak podważać te ustalenia. W Monthly Notices of the Royal Astronomical Society opublikowano pracę, w której zespół naukowców sugeruje, że Sagittarius A* może nie być czarną dziurą, ale masą ultragęstej, fermionowej ciemnej materii.

Ciemna materia zamiast czarnej dziury?

Autorzy proponują model, w którym w centrum Drogi Mlecznej znajduje się gęste „jądro” ciemnej materii otoczone bardziej rozrzedzonym halo. Obiekt ten potrafi naśladować sygnały, które dotąd przypisywaliśmy supermasywnej czarnej dziurze.

Nasz model nie tylko wyjaśnia orbity gwiazd i rotację galaktyki, ale jest również spójny ze słynnym obrazem „cienia czarnej dziury”. Gęste jądro ciemnej materii może imitować cień, ponieważ silnie zakrzywia światło, tworząc centralną ciemność otoczoną jasnym pierścieniem.

– tłumaczy Valentina Crespi z Instytutu Astrofizyki La Plata w Argentynie.

To na razie jednak tylko teoria. Obecne dane nie pozwalają jeszcze jednoznacznie wykluczyć czarnej dziury. Jak podkreślają sami badacze, potrzebne będą precyzyjniejsze pomiary. W rozwiązaniu tej zagadki mógłby pomóc właśnie pulsar. Modele pokazują, że subtelne odchylenia w czasie nadejścia impulsów mogą zdradzić, czy grawitację generuje klasyczna czarna dziura, czy ultragęsta kula ciemnej materii.

Przeczytaj również: Czy żyjemy w czarnej dziurze? Teleskop Jamesa Webba odkrył coś dziwnego