Vzácný systém milisekundového pulzaru poslouží jako detektor gravitačních vln

Ve vzdálenosti zhruba 10 tisíc světelných let od Sluneční soustavy se nachází exotický hvězdný systém. Tvoří jej pulzar PSR J0610−2100, který rotuje děsivou rychlostí – jednu otočku stihne za necelé 4 milisekundy a hvězdný společník, který již přišel o množství své hmoty.

Dvojhvězdné systémy jako je tento, astronomové označují jako pulzary „černé vdovy“ (anglicky Black widow pulsar), neboť svým chováním připomínají známého pavouka. Podobně jako v pavoučím světě i v tomto případě platí, že těžší požírá a likviduje toho lehčího. Pulzar má sice mnohem menší objem než nešťastná hvězda, je ale výrazně těžší. Hmotnost tohoto konkrétního hvězdného společníka odpovídá pouhým dvěma setinám hmotnosti Slunce. Nebude to trvat dlouho a pulzar s velkou pravděpodobností svého společníka kompletně pozře.

Vesmírné majáky

Jako pulzary se označují rychle rotující neutronové hvězdy, které vydávají elektromagnetické záření. Představují pozůstatek závěrečných stadií extrémně hmotných hvězd, kdy dojde k velmi rychlému gravitačnímu kolapsu centrálních částí hvězdy a k odvržení jejích obálek při procesu zvaném výbuch supernovy. Následně proběhne rychlý kolaps hvězdy až do stavu neutronové degenerace, přičemž se její rozměr zmenší přibližně na 10 km.

V důsledku zákona zachování momentu hybnosti se tento hvězdný pozůstatek velmi rychle roztočí a dojde také k velkému zesílení původního magnetického pole hvězdy. Takové neutronové hvězdy vydávají rádiové záření, jež má původ v netermálních procesech, především v úzkých kuželech kolem magnetických pólů. Pokud je magnetická osa skloněna vůči ose rotační, pozorujeme „majákový efekt“, kdy se intenzita záření z pohledu vzdáleného pozorovatele pravidelně mění.

Pokud se záblesky objevují jednou za 10 milisekund nebo méně (jako v případě J0610−2100), pak astronomové hovoří o vzácné kategorii milisekundových pulzarů. Podobných systémů známe jen velmi málo – J0610−2100 vědci objevili již v roce 2003, a kromě něj známe ještě dva podobné systémy.

Detektor gravitačních vln

Přestože jde o bezpochyby vzrušující podívanou, astronomové nehodlají tento systém jen pozorovat. Emma van der Waterenová z nizozemského radioastronomického institutu ASTRON a její kolegové počítají s tím, že využijí jistých zvláštností tohoto pulzaru a „udělají“ z něj „přírodní detektor gravitačních vln“.

Vizualizace systému J0610−2100 (foto: ESA, CC0)

Jedním ze způsobů, jak lze podle vědců detekovat gravitační vlny, je souběžné sledování desítek milisekundových pulzarů. Tato metoda se nazývá PTA (Pulsar Timing Array) a dnes existuje několik spolupracujících projektů tohoto druhu – PTA na australské radioobservatoři Parkes, Evropské pole PTA využívající Lovellův radioteleskop a radioteleskopy v Effelsbergu, Wersterborku a v Nançay nebo třeba Severoamerická nanohertzová observatoř pro výzkum gravitačních vln, která využívá data z radioteleskopů Arecibo a Green Bank. Vědcům se tímto způsobem ještě gravitační vlny zachytit nepodařilo, věří ale, že je to možné. Právě proto je pro ně objev milisekundových pulzarů tak důležitý.

TIP: Amatérský astronom objevil ohromné skvrny na hvězdném společníkovi pulzaru

„Pro úspěšnou detekci gravitačních vln potřebujete pečlivě sledovat velký počet stabilních pulzarů. Na rozdíl od dříve objevených „černých vdov“ je pulzar PSR J0610−2100 velice stabilní“, říká van der Waterenová. Badatelé totiž u této „černé vdovy“ nepozorovali zákryty rádiového signálu ani drobné nepravidelnosti rytmu, které jsou přitom pro tento typ pulzarů typické.