Související stránky k článku Na neutronových hvězdách mohou vznikat polární záře, zjistili opavští fyzikové
Opavští fyzikové se kromě černých a červích děr 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 mj. tím, že se podílel na scénáři filmu Interstellar z roku 2014.
Astrofyzikální proGResy z Opavy
Astronomové vůbec poprvé detekovali černé díry pohlcující neutronové hvězdy, podobně jako „Pac Man“ ve známé počítačové hře, a dokumentovali tak kolizi dvou nejextrémnějších a nevyzpytatelnějších objektů ve vesmíru. Detektory gravitačních vln Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) na území USA a Virgo v Itálii zachytily gravitační vlny umírající, po spirále se pohybující a nakonec kolidující neutronové hvězdy s černou dírou, a to hned ve dvou případech. Výsledky byly publikovány nedávno v Astrophysical Journal Letters.
Astrofyzikální PRogresy z Opavy: Opavští astrofyzikové při svém dlouhodobém výzkumu černých děr došli k zajímavému zjištění: gravitační vlny uvolňované z okolí černých děr nebo při slučování dvou hmotných těles ve vesmíru je doprovázeno vlněním, které se dá přirovnat k akordům hrajících hudebních nástrojů. Vlastnosti těchto „akordů“ umožní fyzikům nejen mnohem lépe určit parametry objektů, které tyto vlny generují, ale také předpovědět, zda lidstvu nehrozí nebezpečí z kosmu.
Neutronové hvězdy působí díky své kompaktnosti obrovskou gravitační silou, která je asi miliardkrát silnější než gravitace Země. Gravitace stlačuje každý prvek na povrchu hvězdy do miniaturních rozměrů a znamená to, že hvězdný pozůstatek je téměř dokonalá koule. I když jsou miliardkrát menší než na Zemi, tyto deformace se přesto nazývají "pohoří". Dřívější studie naznačily, že tyto "hory" mohou být velké až několik centimetrů. Tyto výpočty předpokládaly, že neutronová hvězda je napjatá takovým způsobem, že kůra je v každém bodě blízko porušení. Nový model však naznačuje, že takové podmínky nejsou fyzikálně reálné.
Astrofyzikální PRogresy z Opavy: V rámci svého studia na Fyzikálním ústavu v Opavě se studentka navazujícího doktorandského studia fyziky, Antonina Zinhailo, zaměřila na studium černých děr, ale z hlediska fyziky trošku jinak. Zabývá se jimi totiž v tzv. alternativních teoriích gravitace. Co to přesně znamená, se dozvíte v článku.
Astronomové pozorovali pomocí observatoře Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) nacházející se v USA a detektoru Virgo postaveného v Itálii, signál gravitačních vln ze dvou kompaktních binárních objektů, představujících dvojici černé díry s neutronovou hvězdou. Obě události se vyskytly přinejmenším 900 miliónů světelných roků daleko; v obou případech byla neutronová hvězda pravděpodobně zcela pohlcena jejím partnerem – černou dírou.
Astrofyzikální PRogresy z Opavy: Studentka Teoretické fyziky na Fyzikálním ústavu SU v Opavě Zuzana Turoňová se ve své doktorandské práci zaměřila na výzkum specifických vlastností rentgenových binárních systémů, ve kterých jednou ze složek je černá díra. Tento zajímavý výzkum, jehož cílem je porozumění vzniku a vývoji těchto binárních systémů, v budoucnu přispěje k popisu chování látky v okolí černých děr a pomůže tak lépe identifikovat i dále zkoumat například prstence hmoty v okolí černých děr, jejichž snímky nám v minulých letech přinesl projekt Event Horizon Telescope. Svému výzkumu se přitom Zuzana Turoňová věnuje ve spolupráci s vědci na proslulé vědecké základně Los Alamos ve Spojených státech, v jejíž blízkosti proběhl 16. července 1945 pod vedením Roberta Oppenheimera první test atomové bomby.
Dva týmy astronomů získaly přesvědčivé argumenty k vysvětlení 33 roků staré záhady obestírající supernovu 1987A ve Velkém Magellanově oblaku. Na základě pozorování prostřednictvím soustavy radioteleskopů ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a následných teoretických studií vědci získali nový pohled a argumenty, že se hluboko uvnitř pozůstatků explodované hvězdy ukrývá neutronová hvězda. Jednalo by se tak ve skutečnosti o doposud nejmladší známou neutronovou hvězdu.
Astrofyzikální proGResy z Opavy: Mezinárodní tým vědců ve spolupráci s Fyzikálním ústavem v Opavě přišel v rámci úspěšného projektu CREDO na velmi zajímavou věc: Existuje zřetelný vztah mezi globální seismickou aktivitou a změnami v intenzitě kosmického záření zaznamenanými na povrchu naší planety. Pozorování kosmického záření tak potenciálně pomůže předpovídat zemětřesení na Zemi.
Představte si objekt tak bizarní, že rotuje rychleji než kuchyňský mixér, hmota v něm je tak hustá, že její množství o velikosti zrnka písku by vážilo tisíce tun a magnetické pole je tak silné, že neznáme ve vesmíru nic, co by mu konkurovalo. To je magnetar. Speciální případ neutronové hvězdy. A vědci možná nyní objevili jeden právě zrozený.
Astrofyzikální proGResy z Opavy: Opavští fyzikové ve spolupráci se zahraničními vědci studují doposud nevysvětlené vlastnosti proměnného rentgenového záření pocházejícího z blízkosti superhmotných černých děr. Závěry nového výzkumu vědce vedou mimo jiné také k zajímavým informacím o rozložení a interakci doposud málo probádané skryté hmoty ve vesmíru. Jedním z důsledků výzkumu je možná existence dvou oddělných disků kolem superhmotných černých děr, což by obrazně mohlo připomínat rozložení prstenců u velkých planet Sluneční soustavy.
Velmi hmotné neutronové hvězdy mohou mít rozměrné jádro tvořené hmotou složenou z kvarků. Vyplývá to ze studie publikované v časopise Nature Physics. Neutronové hvězdy, jejichž vznik je výsledkem exploze supernovy, jsou nejmenší a nejhustější hvězdy ve vesmíru. Zatímco tyto objekty mají typický průměr kolem 20 kilometrů, jejich průměrná hmotnost kolísá mezi 1,4 a 2,2 hmotnostmi Slunce.
Astrofyzikální proGResy z Opavy: V roce 2035 by měl být vypuštěn kosmický dalekohled ATHENA (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics), jehož čtyřletá mise se zaměří na výzkum vesmíru zejména v rentgenové oblasti elektromagnetického záření. Bude tedy zkoumat i překotné jevy v okolí masivních černých děr, jimiž se na teoretické bázi zabývají i vědci z Fyzikálního ústavu v Opavě. Jednou z věcí, které by mohla družice detegovat, je také záření pocházející z disků látky interagující s hmotnými černými dírami. Výsledky vědeckého výzkumu poslouží jak k lepšímu pochopení černých děr samotných, tak i k předpovědím případného úniku nebezpečného záření z jejich okolí směrem k Zemi.
Astronomové z West Virginia University pomohli objevit doposud nejhmotnější neutronovou hvězdu, což je zásadní objev odhalený prostřednictvím radioteleskopu Green Bank Telescope v Pocahontas County. Neutronová hvězda s označením J0740+6620 je rychle rotující pulsar, u nějž je do malého objemu o průměru zhruba 24 km namačkána látka odpovídající 2,14 hmotností Slunce. Tato hodnota se přibližuje limitům, jak hmotný a kompaktní ještě může být osamělý objekt, který se nesmrští v černou díru.
Astrofyzikální proGResy z Opavy: Mezinárodní tým fyziků spolu s vědci z Fyzikálního ústavu v Opavě publikoval v červencovém čísle vědeckého časopisu Monthly Notices of Royal Astronomical Society článek, ve kterém se popisuje chování hmoty okolo černých děr zcela novým způsobem. Tyto nové modely, které vycházejí ze superpočítačových simulací a mnohem lépe popisují chování látky v takto extrémním prostředí, by mohly být prakticky aplikovány i při řešení problémů tady na Zemi. Ukazují totiž velmi detailně chování plazmatu v extrémních podmínkách a mohou se tak stát klíčem k realizaci fúzních elektráren jako trvalého zdroje energie pro lidstvo.
Mezinárodní skupina astronomů včetně pracovníků Australian National University (ANU) informovala, že se jim podařilo vůbec poprvé detekovat černou díru polykající neutronovou hvězdu. Neutronové hvězdy a černé díry jsou mimořádně husté pozůstatky zaniklých hmotných hvězd. Dne 14. 8. 2019 detektory gravitačních vln na území USA a Itálie zaregistrovaly změny prostoročasu jako důsledek kataklyzmatické události, ke které došlo ve vzdálenosti zhruba 870 miliónů světelných roků od Země.
V srpnu 2017 zaznamenaly detektory gravitačních vln LIGO úkaz, který, jak se předpokládalo, byl splynutím dvou neutronových hvězd. Jev GW170817, tzv. kilonova, se stal prvním astronomickým objektem, pozorovaným zároveň v oboru gravitačních vln a elektromagnetického záření. Podle studie uveřejněné v září 2018 vedla kombinovaná rádiová pozorování využívající teleskopy Very Long Baseline Array (NSF), Karl G. Jansky Very Large Array a Robert C. Byrd Green Bank Telescope k odhalení výtrysku částic o vysoké rychlosti, které unikaly do mezihvězdného prostoru po splynutí dvou neutronových hvězd v galaxii NGC 4993, což je čočková galaxie nacházející se ve vzdálenosti zhruba 130 miliónů světelných roků.
Nové snímky získané dalekohledem ESO/VLT v Chile a dalšími teleskopy odhalují bohatou oblast plnou hvězd a zářících plynných oblaků, která se nachází v Malém Magellanově oblaku – jedné z nejbližších sousedních galaxií. Mezi filamenty plynu, které jsou pozůstatkem 2 000 let staré supernovy, se astronomům podařilo identifikovat obtížně zachytitelný hvězdný objekt. Přístroj MUSE byl použit ke zjištění jeho polohy a starší pozorování pořízená kosmickou observatoří Chandra následně potvrdila, že se jedná o osamocenou neutronovou hvězdu.
Arzenálu teleskopů ESO v Chile se podařilo detekovat první optický protějšek zdroje gravitačních vln. Pozorování, která vejdou do historie, navíc naznačují, že tento unikátní objekt je výsledkem splynutí dvojice neutronových hvězd a jedná se o dlouho hledaný jev známý jako kilonova. Následkem tohoto typu kataklyzmatického spojení jsou do okolního kosmického prostoru rozptýleny těžké chemické prvky jako zlato nebo platina. Objev, který byl zveřejněn v řadě článků v prestižním vědeckém žurnálu Nature a dalších časopisech, rovněž poskytuje dosud nejsilnější důkazy, že krátké záblesky záření gama způsobuje právě spojení dvou neutronových hvězd.
Černé díry nemohou být podle současných představ samy o sobě zdrojem magnetického pole. Přesto nás pozorování přesvědčují, že černé veledíry v centrech galaxií jsou obklopeny organizovanou magnetosférou. To znamená, že magnetické silokřivky tvoří alespoň zčásti uspořádanou strukturu a nejsou jen tak náhodně a chaoticky propletené. Svědčí o tom mimo jiné vzhled a sama existence rozsáhlých výtrysků hmoty, jakýchsi proudů, které velmi často míří přesně určeným směrem a plyn se v nich pohybuje v úzce kolimovaných svazcích. Vladimír Karas z ASU společně se spoluautory z několika světových institucí navrhují, že by zdrojem tohoto magnetismu mohly být neutronové hvězdy, nořící se pod horizont událostí černé veledíry.
